[한국에서 제일 쉬운 리눅스 커널 강의 ] 1. 왜 커널 공부를 해야하나

게임을 좋아하고, 현재는 임베디드를 중점적으로 개발하고 있는 개발자 입니다.
제가 알고 있는 것을 설명하는게 재밌어서, 강의를 시작하게 되었습니다.

[OJ TUBE 정보]
1. 매주 토요일 오후 9시 상담 방송 진행 - 종료 시간에 매주 책 추첨 및 배송.
(풀영상 다시보기)
https://www.youtube.com/watch?v=4JYrA...

2. 매주 수요일 오후 10시 실시간 방송 진행
(풀영상 다시보기)
https://www.youtube.com/watch?v=3MRXE...

3. 매주 화, 금 오후 8시 영상 업로드

4. 오제이 스토어
(임베디드 교육 물품, 자율 강의료, 자율 후원, 면접 피드백 서비스)
https://smartstore.naver.com/oj-store



[오제이 튜브]OJ Tube

커널 공부는 필수는 아니지만, 리눅스 시스템 개발을 위해서는 반드시 알아야 하며, 커널을 이해하고 수정할 수 있다면 소프트웨어 개발자로서 높은 경지에 도달할 수 있다.

커널은 하드웨어와 소프트웨어를 이어주는 중계자 역할을 하며, 태스크 관리, 메모리 관리, 파일 시스템, 네트워크 관리, 디바이스 드라이버 관리 등 다양한 기능을 수행한다.

ARM v8 아키텍처를 사용하는 라즈베리 파이 4 B 모델을 기반으로 커널을 분석하며, 이를 통해 임베디드 영역에서 활용도가 높은 ARM 아키텍처에 대한 이해를 높일 수 있다.

👋 안녕하세요! 리눅스 커널 학습의 문을 열며

오제이튜브에 오신 것을 환영합니다! 오늘은 리눅스 커널 공부를 왜 해야 하는지에 대해 이야기 나누는 첫 강의 시간입니다. 소리 및 화면 점검 후 바로 시작하겠습니다. **강의에 앞서 타임라인 작업에 도움 주실 분께는 원하는 책을 선물**로 드리고 싶으니, 관심 있으신 분은 강의 후 말씀해주세요.

🐧 왜 리눅스 커널을 공부해야 하는가?

사실 커널 공부는 필수는 아닙니다. 하지만 리눅스는 개발자에게 필수적이며, **커널까지 이해하면 "어나더 레벨"이 될 수 있다**고 생각합니다.

💻 리눅스를 알아야 하는 이유

대부분의 일반 사용자는 윈도우를 사용하지만, **개발자, 특히 서버 구축 시에는 리눅스가 거의 100% 사용**됩니다. 모든 애플리케이션이 통신과 얽혀 있어 서버 구축이 필수적이며, 이때 리눅스가 높은 확률로 사용됩니다.

리눅스가 서버에 주로 사용되는 가장 큰 이유는 두 가지입니다. 첫째, **무료입니다.** 윈도우 서버 라이선스는 수백만 원에 달할 수 있지만, 리눅스는 무료로 사용할 수 있어 경제적입니다.

둘째, **안정성이 검증되었습니다.** 수년간의 테스트와 개발자들의 피드백을 통해 꾸준히 발전해 왔습니다. 과거 윈도우 서버에서 메모리 반환 문제가 있었던 것과 달리, **리눅스는 메모리 관리가 탁월하여 장시간 안정적인 운영이 가능**합니다. 한국에서 OS 개발 중 파일이 제대로 지워지지 않았던 사례를 보면, 안정적인 OS 개발이 얼마나 어려운지 알 수 있습니다.

셋째, **커뮤니티가 활성화되어 있습니다.** 궁금한 점을 묻거나 도움을 받을 고수들이 많아 연구 및 개발에 매우 용이합니다.

넷째, **다양한 CPU와 하드웨어를 지원합니다.** 운영체제는 다양한 드라이버를 갖춰야 하는데, 리눅스는 많은 하드웨어 업체에서 드라이버를 적극적으로 지원하여 호환성이 뛰어납니다.

🌐 리눅스는 어디에 사용될까?

**리눅스는 거의 모든 분야에 사용됩니다.** 안드로이드 기기, 맥 OS의 기본 시스템, 자동차 내비게이션, IoT 기기, 수많은 서버, NAS(시놀로지 등), 임베디드 장치(IP 카메라, TV, 셋톱 박스), 네트워크 장치(IPTime 라우터) 등 셀 수 없이 많은 곳에서 리눅스가 활용되고 있습니다. **현재 OS는 크게 윈도우와 리눅스 두 진영으로 나뉜다**고 볼 수 있으며, 개발 분야로 갈수록 리눅스와의 연결성은 더욱 깊어집니다.

📚 리눅스 커널 학습에 필요한 수준

최소한 리눅스를 한두 달 정도 사용해 본 경험이 있어야 합니다. **이 강의는 기본 실무를 마친 후에 듣는 것이 적합**하며, 임베디드 기초 영상 중 초반 4~5강은 많은 도움이 될 것입니다.

**최소한 GCC를 사용해 컴파일 경험**이 있어야 커널 컴파일 개념을 이해하기 쉽습니다. 또한, **시스템 콜을 이용하여 개발해 본 경험**이 있다면 커널 공부의 필요성을 이미 느끼셨을 것입니다. 이는 개발자로서 한계를 느끼고 더 높은 경지에 도달하고자 하는 욕심에서 비롯될 수 있습니다.

🚀 커널을 몰라도 되지만, 알면 "어나더 레벨"

커널을 몰라도 리눅스 애플리케이션 개발이나 드라이버 개발은 가능합니다. 하지만 **커널을 이해하고 코딩할 수 있다면 소프트웨어 개발자로서 "최하층"에 도달했다**고 볼 수 있으며, 이는 곧 **개발자로서 사고가 넓어지고 개념이 확장**되는 것을 의미합니다.

모르는 부분을 "블랙박스" 처리하고 넘어갈 수 있지만, 그 영역을 알면 알수록 더 많은 것을 할 수 있고 창의적으로 문제 해결이 가능합니다. 궁극적으로 **커널 공부는 개발 실력 향상과 자신감 증진에 크게 기여**하며, 다른 개발자들에게 인정받는 "구하기 힘든 인재"가 되어 취업에도 유리합니다.

운영체제와 커널은 사실상 동급으로 통용되지만, 엄밀히 말하면 **운영체제가 커널보다 더 큰 개념**입니다. **커널은 운영체제의 핵심 부분으로, 하드웨어와 소프트웨어를 이어주는 "중계자" 역할**을 합니다.

커널은 프로그램 실행 및 관리, 자원 관리 등의 핵심 역할을 수행합니다. 사용자가 만든 소프트웨어가 CPU, 저장 장치 등 하드웨어 자원을 사용하고 싶을 때, **커널이 시스템 콜이라는 매개체를 통해 중간에서 연결**해줍니다.

운영체제는 커널 외에도 다양한 응용 프로그램과 시스템 유틸리티를 포함하는 포괄적인 개념입니다. 커널은 하드웨어를 직접 연결해주지만, **사용자가 직접 코딩하지 않고도 프로그램을 통해 하드웨어를 사용할 수 있는 환경을 제공**합니다.

🧱 커널이 없다면 컴퓨터는 "벽돌"

운영체제가 없다면 컴퓨터는 단순한 벽돌에 불과합니다. 롤 게임을 예시로 들어보면, 캐릭터 움직임, 데미지 계산은 CPU가, 그래픽은 GPU가 처리합니다. 프로그램 명령은 메모리에 로드되어야 실행되며, 하드디스크에 저장된 프로그램은 운영체제가 관리합니다. 키보드, 마우스 입력, 모니터 출력, 네트워크 통신(LAN 카드) 등 **모든 하드웨어 자원 관리를 운영체제가 수행**합니다.

특히 **하드웨어와 관련된 조작 및 관리는 커널의 핵심 역할**입니다. 여러 프로그램이 동시에 실행되는 멀티태스킹 역시 커널의 태스크 매니지먼트 기능 덕분입니다. 커널은 CPU, 메모리, 다양한 장치를 관리하며, 이는 모두 누군가가 코딩한 결과물입니다.

커널은 복잡하지만, 주요 기능들을 이해하면 큰 윤곽을 잡을 수 있습니다. 예를 들어, **태스크 매니지먼트는 CPU 자원을 태스크(프로세스)에 할당하고 관리하여 멀티태스킹을 가능하게 합니다.** 메모리 매니지먼트는 메모리 사용을 관리하며, 물리적 메모리가 부족할 때 하드디스크를 사용하는 **가상 메모리 기술**을 통해 프로그램이 중단되지 않고 느려지게 만듭니다.

파일 시스템은 하드디스크 관리를, 네트워크 매니지먼트는 LAN 카드와 같은 네트워크 장치 관리를 담당합니다. 디바이스 드라이버 매니지먼트는 마우스, 키보드 등 **다양한 장치의 드라이버를 관리하여 커널이 하드웨어에 접근할 수 있도록 돕습니다.** 인터럽트 핸들링은 특정 이벤트 발생 시 CPU의 작업을 일시 중단하고 처리하는 기능을 담당합니다. I/O 커뮤니케이션 계층은 입출력 통신 관리를 담당하는 중간 계층입니다.

⚙️ 커널과 어셈블리어, 그리고 CPU 아키텍처

커널 공부 시 어셈블리어는 필수적입니다. 커널의 특정 영역은 C언어로 짤 수 없고, **CPU를 직접 다뤄야 하므로 어셈블리 코드로 작성**됩니다. 커널은 개발자가 드라이버를 구현할 때 지켜야 할 약속(규칙)을 제공하여, 사용자가 시스템 콜을 통해 하드웨어를 제어할 수 있도록 합니다.

ARM과 Intel x86의 차이는 CPU 제조사와 아키텍처의 차이입니다. **CPU가 다르면 기계어와 어셈블리어도 다릅니다.** 이번 강의에서는 **ARM v8 아키텍처(64비트)를 사용**할 예정이며, 이는 라즈베리 파이 4 모델 B의 CPU가 ARM v8 아키텍처를 사용하기 때문입니다. ARM 아키텍처는 임베디드 분야에서 대세이므로 공부 가치가 매우 높습니다.

유저 애플리케이션 개발자는 하드웨어를 직접 다룰 일이 거의 없습니다. **하드웨어 자원을 사용해야 할 때는 시스템 콜을 통해 커널에 접근하고, 커널이 하드웨어를 제어하는 방식**으로 작동합니다. 커널은 계층을 분리하여 애플리케이션 개발자의 편의성을 높이고, 전문가에 의한 드라이버 개발로 안정성과 생산성을 확보하며, 누구나 쉽게 프로그램을 설치하고 사용할 수 있는 환경을 제공합니다.

📜 리눅스의 역사: 유료화와 소송, 그리고 리누스 토발즈

역사를 아는 것은 개발자에게 매우 중요합니다. 개념 이해에 도움이 되고, 막연한 두려움을 없애고 "나도 할 수 있다"는 동기를 부여합니다. 과거에는 컴퓨터에서 하나의 프로그램만 실행 가능하여 불편했습니다. 이를 해결하고자 1965년 멀틱스 운영체제가 시도되었으나 실패했습니다. 하지만 남은 인력들이 **멀티태스킹과 멀티 유저를 지원하는 운영체제 "유닉스" 개발에 성공**했습니다.

초기 유닉스는 어셈블리어로 되어 있어 CPU가 바뀌면 다시 개발해야 하는 문제가 있었습니다. 이에 **C언어가 개발되어 1973년 C언어로 작성된 "진정한 유닉스"가 탄생**했습니다. 유닉스는 오픈 소스였기에 많은 개발자들이 참여하여 빠르게 발전했습니다.

그러나 1984년, AT&T 기업의 반독점 소송으로 유닉스가 유료화되고 오픈 소스 지위를 잃게 됩니다. 이에 불만을 품은 이들이 **"GNU"라는 단체를 결성하여 무료 유닉스 개발을 시작**합니다. 수많은 유틸리티가 개발되었으나, 커널 제작의 어려움으로 진척이 더뎠습니다.

동시에 UC 버클리에서 BSD 유닉스 커널을 개발하여 무료 배포했지만, AT&T의 소송에 휘말려 개발이 중단됩니다. 이 "유닉스 워" 기간 동안, **1991년 리누스 토발즈가 인텔 i386 칩에서 동작하는 "리눅스" 커널을 개발**합니다. 처음엔 미흡했지만 꾸준히 업그레이드되었고, 결국 GNU가 리누스 토발즈의 커널을 채택하여 **"리눅스"라는 이름으로 정식 탄생**하게 됩니다.

🏁 마무리: 천천히, 꾸준히, 개념에 집중!

이번 1강은 이론 위주로 한 시간 정도 진행했습니다. 앞으로는 실습도 병행하며 진행될 예정입니다. **천천히, 꾸준히, 그리고 개념에 집중하며 학습**해 나갑시다. 모든 것을 완벽히 알 수는 없지만, 개념을 이해하면 커널 소스를 분석하고 수정할 수 있는 능력을 갖출 수 있습니다. 다음 주에는 라즈베리 파이 세팅 및 부팅까지 진행할 예정입니다. 감사합니다!

강의 시작 및 오디오/화면 확인

제이튜브 오제입니다. 10시가 되어 방송을 시작합니다.

음성 및 화면 송출 상태를 확인합니다.

강의 주제: 왜 커널 공부를 해야 하는가?

오늘 강의는 '왜 커널 공부를 해야 되나'입니다.

커널 공부를 굳이 하지 않아도 되지만, 리눅스는 반드시 알아야 합니다.

굳이 안 해도 되는 공부를 했을 때 '어나더 레벨'이 될 수 있습니다.

대부분의 사용자는 윈도우를 사용하지만, 개발을 한다면 리눅스는 필수적으로 만나게 됩니다.

요즘 애플리케이션 개발은 서버와 통신이 필수적이며, 서버는 높은 확률로 리눅스를 사용합니다.

리눅스를 사용하는 가장 큰 이유는 무료이고, 안정성이 검증되었기 때문입니다.

리눅스는 오픈 소스이므로 누구나 소스를 보고 수정할 수 있어 학습에 유리하며 좋은 개발자들이 참여하여 양질의 소스가 나올 확률이 높습니다.

윈도우 서버는 비용이 많이 들지만 리눅스는 무료입니다.

리눅스는 수년간의 테스트와 개발을 통해 안정성이 검증되었습니다.

과거 윈도우 서버는 메모리 반환 문제가 있었지만, 리눅스는 메모리 관리가 안정적입니다.

리눅스는 커뮤니티가 발달하여 질문할 곳이 많고 연구 및 개발에 용이합니다.

리눅스는 다양한 CPU와 하드웨어를 지원하는데, 이는 다양한 드라이버를 제공하기 때문입니다.

리눅스는 안드로이드, 맥(기본 OS), 자동차, 내비게이션, IoT 기기, 수많은 서버, 나스, 임베디드 기기, 네트워크 장치 등 거의 모든 분야에 사용됩니다.

현존하는 OS는 크게 윈도우와 리눅스 두 진영으로 나뉘며, 개발자에게 리눅스는 필수적입니다.

리눅스 학습에 필요한 최소 지식 수준

리눅스는 최소 한두 달은 사용해 봐야 합니다.

본 강의는 기본 실무를 다 마친 후에 듣는 수업으로 생각해야 합니다.

임베디드 기초 영상 중 초반 4~5강을 들으면 도움이 됩니다.

GCC를 사용하여 컴파일 경험이 있어야 하며, 커널 컴파일 개념을 이해해야 합니다.

시스템 콜을 이용해 개발해 본 경험이 있다면 커널 공부의 필요성을 느꼈을 것입니다.

커널을 굳이 몰라도 되는 이유와 그럼에도 배우는 이유

커널을 몰라도 리눅스 애플리케이션 개발과 드라이버 개발은 가능합니다.

일반적인 개발은 커널을 몰라도 대부분 가능하므로, 굳이 필요 없으면 배우지 않아도 됩니다.

그럼에도 커널을 배우는 이유는 '어나더 레벨'이 되기 위함입니다.

커널과 직접적인 연관이 있는 일을 하는 사람들에게는 필수입니다.

커널을 모르면 코딩에 한계를 느끼고 답답함을 느낄 수 있습니다.

개발자로서 더 높은 경지로 가고자 하는 목표와 욕심이 있다면 커널 공부가 도움이 됩니다.

커널을 이해하고 수정할 수 있다면 소프트웨어 개발자로서 로우 레벨에 대한 이해도가 높아집니다.

커널을 알면 개발자로서 사고가 넓어지고 개념이 확장됩니다.

가장 큰 장점은 자신감과 실력 향상입니다.

커널 공부를 하면 동료 개발자들에게 인정을 받으며, 취업에도 유리합니다.

운영 체제가 커널보다 더 큰 개념입니다. 커널은 운영 체제의 핵심 부분입니다.

커널은 하드웨어와 소프트웨어를 이어주는 중계자 역할을 합니다.

커널은 프로그램을 실행하고 관리하며 자원을 관리하는 핵심적인 역할을 합니다.

소프트웨어가 하드웨어 자원(CPU, 저장 공간 등)을 사용하고 싶을 때 커널이 중간 매개체 역할을 합니다.

시스템 콜은 커널이 하드웨어를 쉽게 사용할 수 있도록 제공하는 매개체입니다.

운영 체제는 커널과 다양한 응용 프로그램, 시스템 유틸리티를 합한 개념입니다.

커널(운영체제)의 존재 이유 - 롤 게임 예시

운영체제가 없다면 컴퓨터는 벽돌과 같고, 일반인은 하드웨어 제어가 불가능합니다.

롤 게임을 할 때 CPU는 캐릭터 움직임, 데미지 계산 등 연산을 담당하고, GPU는 그래픽 특화 영역을 계산합니다.

프로그램(명령어 덩어리)이 실행되려면 메모리에 올라와야 하며, 커널이 이를 관리합니다.

프로그램의 다운로드, 설치, 저장, 실행 등 모든 파일 시스템 관련 작업은 운영체제가 담당합니다.

키보드, 마우스 입력 신호 처리 및 프로그램 전달, 모니터 출력, 랜카드 통한 네트워크 통신 등 모든 하드웨어 자원 관리를 운영체제가 수행합니다.

동시에 여러 프로그램(롤, 브라우저 등)을 실행할 수 있는 것은 운영체제가 모든 것을 관리하기 때문입니다.

특히 하드웨어와 관련된 것을 조작하고 관리하는 것이 커널의 역할입니다.

다양한 CPU, 메모리, 장치들로 이루어진 컴퓨터에서 리눅스나 윈도우가 동작하는 것은 다양한 장치를 받아들일 수 있도록 코딩되어 있기 때문입니다.

커널에는 태스크 매니지먼트, 메모리 매니지먼트, 파일 시스템, 네트워크 매니지먼트, 디바이스 드라이버 매니지먼트, 인터럽트 핸들링, I/O 커뮤니케이션 계층 등의 기능이 존재합니다.

태스크(프로세스) 매니지먼트는 여러 프로그램이 동시에 실행될 때 CPU 자원, 메모리 할당 등을 적절히 관리합니다.

메모리 매니지먼트는 프로세스가 사용하는 메모리 양을 관리하고, 가상 메모리 기술로 물리적 메모리 부족 시 하드디스크를 사용하여 프로그램이 종료되지 않도록 합니다.

파일 시스템은 하드디스크 관리를 통해 파일 기록, 삭제 등을 가능하게 합니다.

네트워크 매니지먼트는 다양한 랜카드를 지원하고, 응용 프로그램이 쉽게 네트워크 장치를 사용할 수 있도록 합니다.

디바이스 드라이버 매니지먼트는 다양한 장치(마우스, 키보드 등)에 대한 드라이버를 관리하여, 개발자가 약속된 규칙을 지켜 드라이버를 구현하면 커널이 이를 활용하여 하드웨어를 제어할 수 있게 합니다.

인터럽트 핸들링은 CPU가 작업을 하다가 외부 신호(인터럽트)를 받으면 이를 처리하는 역할을 합니다.

I/O 커뮤니케이션 계층은 입출력 장치와 응용 프로그램 사이의 중계자 역할을 합니다.

일반적인 시스템 개발자는 커널이 만들어 놓은 규칙(드라이버 등)에 의해 구현하며, 커널 공부를 하면 어셈블리어와 밀접한 관련이 있습니다.

CPU를 직접 다루는 커널의 일부 영역은 C언어로 짤 수 없으며 어셈블리 코드로 되어 있습니다.

ARM과 인텔 x86은 제조사와 CPU가 다르며, CPU가 다르면 기계 언어가 다르고, 이에 따라 어셈블리어도 다릅니다.

동일한 아키텍처에서도 어셈블리어 종류가 여러 가지일 수 있지만, CPU가 다르면 어셈블리어는 무조건 다릅니다.

본 강의에서는 ARM v8 아키텍처(64비트 CPU 설계도)를 분석할 것이며, 이는 라즈베리 파이 4에 사용되기 때문입니다.

ARM 공부는 임베디드 영역에서 대세이며, 다른 CPU 아키텍처를 분석할 때도 도움이 됩니다.

태스크 매니지먼트, 메모리 매니지먼트 등은 커널 영역이며, 커널이 하드웨어를 직접적으로 다룹니다.

일반적인 유저 애플리케이션 개발자는 하드웨어를 직접 다룰 필요가 없으며, 시스템 콜을 통해 커널 기능 및 하드웨어에 접근합니다.

커널의 존재 의미: 계층 분리, 안정성, 편리함

커널은 개발 계층을 분리하여 응용 프로그램 개발자들이 하드웨어 접근 없이 개발에 용이하도록 합니다.

전문적인 드라이버 개발자와 응용 프로그램 개발자를 분리하여 생산성을 높이고 안정성을 확보합니다.

운영 체제는 누구나 쉽게 프로그램을 설치하고 실행하며, 게임이나 동영상을 볼 수 있는 환경을 제공합니다.

역사를 아는 것은 개념 이해에 중요하며, 개발의 본질인 개념 이해에 집중해야 합니다.

리눅스를 만든 리누스 토발즈도 리눅스 전체를 알지는 못하지만, 개념을 알기에 수정할 수 있습니다.

역사를 알면 개발에 대한 막연한 두려움을 줄이고 자신감을 가질 수 있습니다.

과거에는 프로그램이 하나만 실행되어 불편했고, 1965년 멀틱스 운영체제 개발 시도는 실패했습니다.

멀틱스 실패 후 남은 인력이 멀티태스킹과 멀티 유저를 지원하는 운영체제 개발을 시도하여 유닉스를 만들었습니다.

초기 유닉스는 어셈블리어로 되어 있어 CPU가 바뀌면 재개발해야 하는 문제가 있었습니다.

이후 C언어를 개발하여 유닉스에 도입하면서 진정한 유닉스가 탄생했고, 오픈 소스였기에 빠르게 발전했습니다.

1984년 AT&T의 반독점 소송 패배로 유닉스가 유료화되고 오픈 소스가 아니게 되면서 사용자들의 불만이 생겼습니다.

유료화와 중구난방식 개발로 인해 POSIX라는 규격이 탄생하여 리눅스가 이 규격을 지켜 만들어지게 됩니다.

유료화에 대한 불만으로 GNU 단체가 생겨 무료 유닉스 개발을 시작했으나, 커널 제작의 어려움으로 정체되었습니다.

UC 버클리 BSD에서도 유닉스 커널을 개발하고 무료 배포했으나, AT&T의 소송(유닉스 워)으로 개발이 중단됩니다.

1991년 리누스 토발즈가 인텔 i386 칩용 코너를 만들었고, 이후 GNU가 이를 채택하여 '리눅스'라는 이름으로 탄생했습니다.

강의 마무리: 천천히, 꾸준히, 개념에 집중하여 학습합시다.

Q&A: 어셈블리어 ARM과 인텔 x86의 차이는 제조사와 CPU 차이이며, 기계 언어가 달라 어셈블리어도 다릅니다.

C언어가 어셈블리어를 크로스 플랫폼화한 개념과 유사하며, 모든 프로그램 언어는 최종적으로 기계 언어로 변환됩니다.

API(Application Programming Interface)는 어떤 프로그램이 제공하는 기능들을 사용하기 위한 규칙들의 모음집입니다.

API는 커널 단에서 동작하거나(예: Win32 API) OS 위에서 동작할 수 있습니다(예: RESTful API).

다음 강의에서는 라즈베리 파이 세팅과 커널 부팅까지 진행할 예정입니다.

[한국에서 제일 쉬운 리눅스 커널 강의 ] 1. 왜 커널 공부를 해야하나

[한국에서 제일 쉬운 리눅스 커널 강의 ] 1. 왜 커널 공부를 해야하나

스크립트