아이티센 조사 과제 - IT 기초, kernel이란?

김재현·2022년 9월 17일

cnu sw academy 아이티센

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커널, kernel이란?

리눅스 커널이란

Linux의 운영 체제(OS)의 주요 구성 요소.
컴퓨터 하드웨어 와 프로세스를 잇는 핵심 인터페이스이며, 두 가지 관리 리소스 사이에서 최대한 효과적으로 통신함.

커널의 기능

메모리 관리 : 메모리가 어디에서 무엇을 저장하는데 얼마나 사용되는지 추적.
프로세스 관리 : 어느 프로세스가 중앙처리장치(CPU)를 언제, 얼마나 사용할지 결정.
장치 드라이버 : 하드웨어-프로세스 사이에엇 중재자/인터프리터의 역할을 수행.
시스템 호출 및 보안 : 프로세스의 서비스 요청 수신.

올바르게 구현된 커널은 사용자가 볼 수 없으며, 커널 공간이라는 자신만의 작업 공간에서 메모리를 할당, 저장되는 모든 항목을 추적한다.

커널의 위치

OS내에서 커널의 위치

하드웨어 : 시스템의 토대가 되는 물리적 머신. 메모리(RAM)와 프로세서 또는 중앙처리장치(CPU), 입출력 장치(예: 스토리지, 네트워킹 및 그래픽)로 구성.
CPU는 계산을 수행하고 메모리를 읽고 씀.
Linux 커널 : OS의 핵심. 메모리의 상주하며 CPU에 명령을 내리는 소프트웨어.
사용자 프로세스 : 실행 중인 프로그램으로 커널의 관리. 이것이 모여 사용자 공간을 구성한다.

시스템에서 실행되는 코드는 커널 또는 사용자 모드라는 두 모드 중 하나로 CPU에서 실행됨.
커널 모드 - 하드웨어에 무제한 액세스가 가능.
사용자모드 - CPU 및 메모리가 SCI를 통해 액세스하는 것을 제한.
위의 작은 세부 사항이 복잡한 작업의 토대가 되며, 이는 프로세스가 사용자 모드에서 실패할 경우 손상이 제한적이며 커널에 의해 복구될 수 있음을 의미한다. 그러나 커널 프로세스의 경우 충돌이 발생하면 시스템 전체가 중지될 수 있다.
안전장치가 마련되어 있고, 경계를 넘기 위해서는 권한이 필요하기 때문에 사용자 프로세스 충돌은 일반적으로 커다란 문제를 유발하지는 않는다.

커널 파라미터

리눅스에서 사용되는 시스템 변수.
커널 변수 값을 제어하여 시스템을 운영 용도에 맞게 최적화 할 수 있다.
경로는 /proc/sys 디렉토리 밑에 존재하며 절대경로의 수정을 통해 설정 변경이 가능하지만, sysctl을 통해 간편하게 설정할 수 있다.
시스템을 관리하고 제어하며, 메모리와 프로세스에게 값을 할당한다.
커널 파라미터의 값을 설정하는 이유는 커널 변수의 값을 제어하여 시스템을 제어할 수 있기 때문.

영구 설정

커널 파리미터 추가

# vi /etc/sysctl.conf
kernel.sysrq = 1

설정 적용
# sysctl -p
추가 설정된 파라미터 적용 확인

# sysctl -a | grep kernel.sysrq
kernel.sysrq = 1

or 
# sysctl kernel.sysrq
kernel.sysrq = 1

자주 사용되는 커널 파라미터

참고 블로그
참고 블로그2

Linux 변경점

종류와 버전 확인

# uname -a

옵션
- -a : 전체
- -s : 커널명
- -n : 호스트명
- -r : 커널 릴리즈
- -v : 커널 버전
- -m : 머신

리눅스

리눅스 커널 2.6.32
- 시스템 성능 개선
  - 선점 형 동작 : 커널 동작 중에도 특정 시간 동안 어떤 프로세스가 디바이스를 점유할 것인지를 결정하는 I/O 스케줄러가 개선되어 한 프로세스가 너무 오래 대기하지 않도록 효율적으로 배분해 시스템에 부하가 많이 걸렸을 때도 사용자 입력에 대해 빠르게 응답함.
  - 하이퍼스레딩 : 하나의 CPU를 2개 이상의 CPU로 활용하는 기능. 부하를 분산하고 최적화.
  - 디바이스 정보
- 서버 성능 향상
  - NUMA (Non-Uniform Memory Access) 지원
    : 커널 2.4까지는 여러 개의 CPU가 메모리를 사용할 겨웅 같은 주소에 메모리를 access하므로 병목현상이 발생함. 2.6에서는 위상 API 스케줄러를 통해 최대한 효율적으로 가까운 리소스를 활용함으로 병목현상을 없앴으며 비 연속적 메모리 사용이 가능함.
  - 커널에서 디바이스 지원 개수 증가
  - 모듈 서브 시스템의 안정성 향상
- 데스크톱 성능 향상
  - 주변 장치의 지원과 하드웨어 호환성 향상
리눅스 커널 4.15
- 멜트다운/스펙터 (Meltdown/Spectre)
  - 멜트다운 : '비순차적 명령어 처리'기술의 버그를 악용한 보안 취약점. 보안을 위해 응용프로그램이 CPU의 캐시 메모리에 접근하지 못했던 기존 하드웨어 구조가 통째로 무너짐.
  - 스펙터 : CPU 속에 있는 수 많은 명령어에서 일어나는 버그를 악용한 보안 취약점. 멜트다운처럼 보안 구조가 통째로 무너지는 것은 아니지만, 처리 중인 데이터 가운데 일부가 해커에게 노출될 수 있음. 추적이 굉장히 어렵다.
  - 문제가 된 비순차적 명령어 처리 기술을 비활성화해 문제해결.
  - 참고
- AMD amdgpu 드라이버 모드 설정 및 더 나은 디스플레이 지원
  - AMD가 최신 그래픽 하드웨어용으로 만든 새로운 드라이버인 amdgpu 드라이버에서 오랫동안 누락되었던 "디스플레이 코드"(132k LoC)가 마침내 포함됨.
- SATA Link Power Management가 있느 시스템의 향상된 전원 관리
- 새로운 아키텍처 : RISC-V
  - RISC-V CPU에 대한 포트의 주요 부분이 포함됨.
- AMD 보안 암호화 가상화 지원
- 사용자 모드 명령 방지 Intel Security 기능 지원
리눅스 커널 5.4
- 커널 lockdown 모드 추가.
  - lockdown모드 : 유저 프로세스와 커널을 분리, 루트 계정이 코널 코드를 수정하는 것을 방지하는 기능.
- exFAT 파일 시스템 지원이 이제 커널단에서 이뤄져, exFAT으로 포맷된 드라이브 이용이 편리해짐.
- AMD Navi 12/14 GPU, AMD Arcturus GPU, AMD Dali APU 지원
- AMD뿐만 아니라 인텔 Tigerlake Gen12 그래픽 지원도 추가.
- 가상화 업데이트
  - Red Hat Enterprise Linux 5.4는 x86_64 기반 아키텍처에서 KVM (Kernel-based Virtual Machine) 하이퍼바이저를 완전 지원

레드햇 계열

CentOS(Community ENTerprise Operating System)
- Red Hat Enterprise Linux의 소스코드를 바탕으로 호환을 목표로 개발된 오픈 소스 Linux 배포판.
- 64비트 x83 시스템 아키텍처만을 지원함.
  AWS 및 Google 클라우드에 대한 일반적인 초기 이미지도 제공.
1) CentOS 6
- 리눅스 커널 2.6.32 채택.
  커널 모드 디스플레이 드라이버 등이 크게 개선되었다.
- 가상화 기술로 KVM이 도입됨.
2) CentOS 7
- System V init 대신 systemd를 채택. 기존의 init보다 더 많은 기능을 제공함. 부팅속도가 향상되었고, shell`s overhead 또한 감소.
- 패킷 필터링을 관리하는 방화벽과 Network Manager도 본격적으로 도입됨.
- 기본 파일 시스템이 xfs로 변화됨.
  - ext3에 비해 8배 많은 inode를 생성할 수 있다.
  - 메타데이터 저널링 및 빠른 복구 제공.
  - 파일 시스템 포맷이 타 시스템에 비해 압도적으로 빠름.
  - 동일 크기 파일 삭제 액션이 빠르다. 그러나, 대용량 위주의 시스템이기 때문에 작은 단위 파일처리에 대해서는 오히려 속도가 느림.
3) CentOS 8
- systemctl restart network명령으로 변경 사항을 반영할 수 없음.
- 수명 종료, 및 CentOS Stream으로 변경됨.
- 기본 패키지 매니지먼트가 yum에서 dnf로 변경됨. 여전히 yum을 사용할 수 있지만, dnf의 사용을 권장.
- Python 3.6, MariaDB 10.3, MySQL 8.0, PostgreSQL 10, PostgreSQL 9.6, Redis 4.0 등을 기본 지원
- GNOME의 버전이 GNOME 3.28로 업그레이드
- 기본 디스플레이 서버가 Xorg에서 Wayland로 변경
- Cockpit이라고도 하는 RHEL 8 웹 콘솔을 사용하여 가상 머신을 생성하고 관리할 수 있음
- QEMU 에뮬레이터에서 샌드박스 기술이 도입되어 가상 머신의 보안이 강화됨.

데비안 계열

Ubuntu
LTS : Long Term Support, 장기간의 사후지원 기능.
2년에 한 번 씩 출시되며, 짝수 년도 4월 버전이 LTS 버전이다. 지원 기간은 5년이다.
1) Ubuntu 12.04 LTS
- 유니티 5.0 탑재.
  - Lens Quictlists로 빠른 탐색 가능.
- CCSM에 추가항목 탑재
- Unity Greeter의 업데이트로 로그인 배경화면 지정 가능
- 소프트웨어 센터 속도 개선
- 리듬박스가 다시 기본 음악 플레이어가 되고, 톰보이와 gBrainy가 기본 설치되지 않음.
- libreoffice 3.5 베타 2 설치
- 'Apport' Crash reporting 기본 사용가능.
2) 우분투 트러스티(TRUSTY) 14.04 LTS
- 가장 안정적인 버전.
  기존의 오류가 대부분 픽스되어 배포되었다.
3) 우분투 Xenial 16.04 LTS
- 소프트웨어 센터 변경
  우분투 소프트웨어 센터를 삭제하고 GNOME 소프트웨어 센터를 설치하여 이전에 비해 앱스토어나 플레이스토어 같이 구성이 변경됨.
  설정에 있던 업데이트가 소프트웨어 센터 안으로 옮겨졌으며 전체적으로 시인성이 강화됨.
- 한/영키를 제대로 지원.
- AMD 라데온이나 APU를 사용하고 있는 경우 드라이버를 지원하지 않으므로 직접 설치해야함.
4) Ubuntu 18.04
- Xorg가 기본 디스플레이 서버가 됨.
- 리눅스 커널 4.15 지원.
- Dock을 제거하는 기능은 없다.
- Python2가 사전 설치 되어 있다.
- PHP는 7.3 버전
5) Ubuntu 20.04
- Xorg가 기본 디스플레이 서버.
- 리눅스 커널 5.4를 지원하며, 기본 ExFAT 지원 및 기타 성능이 향상됨.
- 32비트 지원 시스템이 없다.
- 시각적인 개선.
- Extensions 응용 프로그램을 사용해 Dock을 제거할 수 있음.
- 설치시간과 부팅시간 개선
- 기본적으로 Python3.
- PHP 7.4는 기본 설치 가능 버전입니다.
6) Ubuntu 22.04
- GNOME 42 사용으로 인한 시각적 변화.
- Grub 부트로더 2.06 버전 사용. 기본적으로 os-prover 기능이 비활성화되어 있다.
- 새로운 펌웨어 업데이터 앱.
- 새로운 설치 프로그램
- Raspberr Pi에 대한 향상된 지원
- Wayland를 기본 디스플레이 서버로 사용.
- 새로운 수평 작업 공간 전환기와 앱을 재정렬할 수 있는 수평 앱 실행기 지원.
- Active Directory에 대한 많은 지원과 방화벽 백엔드.