[OS] 운영체제 구조 - 모놀리식 커널(Monolithic Kernel), 마이크로커널(Microkernel), 혼용 커널(Hybrid Kernel)

범용 운영체제의 구조의 다양한 방법

• 간단한 구조 → MS-DOS
• 좀 더 복잡한 제한적 구조 → UNIX
• 계층적 접근 구조 → 추상화 개념
• 마이크로 커널(Microkernel) 접근 구조 → Mach

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MS-DOS 구조

MS-DOS 계층 구조

• ‘모듈’(Moudles)로 잘 분할되지 않았음 → 모놀리식 커널(Monolithic Kernel)
• 커널의 구성 요소들은 각 요소들 간의 보호 기능 없이 한 곳에 위치
• 악의적인 프로그램의 공격을 받기 쉬움, 잘못되면 시스템 전체가 다운됨

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계층적 접근 (Layered Approach)

계층 구조의 OS

• 주된 장점은 ‘모듈화’(Modularity)
• 특정 기능 집한의 구현 세부 사항에 대한 ‘은폐’(Hiding) 방법
• 각 계층은 자신의 하위 층의 서비스와 기능(연산)만을 사용

장점

• ‘시스템 검증’과 ‘디버깅 작업’을 단순화

단점

• 비효율적, 처리 시간 오버헤드( 트랩(Trap)의 연속)

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복잡한 구조 - 유닉스(UNIX)

유닉스 시스템은 두 부분으로 구성

UNIX 시스템 구조 (계층적 접근)

• 시스템 프로그램 (Systems Programs)
• 커널 (The Kernel)
  • 시스템 호출 인터페이스 아래와 물리적 H/W 위의 모든 것이 커널(Kernel)을 구성
  • 시스템 호출(System Call)을 통해 파일 시스템, CPI스케줄링, 메모리 관리 등 OS기능을 제공
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Linux 시스템 구조 (모놀리식 +모듈식)

모놀리식 + 모듈식 디자인

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마이크로 커널(Microkernel) 접근 방식

전형적인 ‘마이크로 커널’(Microkernel)의 구조

• ‘커널’에서는 최소기능만 제공, 중요하지 않은 구성 요소는 시스템 및 사용자 수준 프로그램으로
• OS의 나머지 기능은 ‘서버’(Server: 사용자 공간 서비스)로 이동
• 클라이언트 프로그램과 사용자 공간에서 수행되는 서비스 간 통신은 메세지 전달(Message Passing)을 이용 → System Call을 대체

장점

• OS확장 용이

단점

• 성능 오버헤드 문제
• → ‘사용자’와 ‘커널 프로세스’간의 통신 오버헤드

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모놀리식 커널(Monolithic Kernel) vs 마이크로커널(Microkernel)

모놀리식 커널(Monolithic Kernel) vs 마이크로커널(Microkernel)

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Hybrid Systems

모놀리식 커널(Monolithic Kernel) vs 마이크로커널(Microkernel) vs 혼용 커널(Hybrid Kernel)

 

현대 OS는 하나의 순수 모델을 갖고 있지 않음

 

리눅스, 솔라리스

→ 커널 주소 공간의 커널은 모놀리식, 기능성의 동적 적재를 위해서 모듈러(Modular)방식 추가

윈도우

→ 대부분 모놀리식(Monolithic), 서로 다른 서브시스템 개성을 위해 마이크로 커널 방식 추가