모놀리식 구조 (Monolithic Structure)

핵심 개념

커널의 모든 기능을 단일 정적 바이너리 파일에 넣고, 단일 주소 공간에서 실행하는 운영체제 구조이다. 가장 단순한 구조이며, 원래 UNIX 운영체제의 구조였다.

전통적 UNIX 구조

사용자 User

셸, 컴파일러, 시스템 라이브러리 사용자 프로그램

시스템 콜 인터페이스 System Call Interface

커널 파일 시스템, CPU 스케줄링, 메모리 관리

커널 인터페이스 Kernel-Hardware Interface

물리 하드웨어 Hardware

• 시스템 콜 인터페이스 아래, 물리 하드웨어 위의 모든 것이 커널
• 하나의 주소 공간에 결합된 엄청난 양의 기능

Linux 구조

Linux는 UNIX 기반이며 유사한 구조를 가진다:

• 애플리케이션은 glibc 표준 C 라이브러리를 사용하여 시스템 콜 인터페이스와 통신
• 모놀리식: 전체가 커널 모드에서 단일 주소 공간으로 실행
• 모듈식 설계: 런타임에 커널 수정 가능

Tightly Coupled System

모놀리식 접근법은 밀접하게 결합된 시스템(tightly coupled system)이다:

• 한 부분의 변경이 다른 부분에 광범위한 영향을 미칠 수 있음

트레이드오프

장점	단점
시스템 콜 인터페이스 오버헤드가 매우 적음	구현이 어려움
커널 내 통신이 빠름	확장이 어려움
성능상의 뚜렷한 이점	한 부분의 변경이 시스템 전체에 영향

관련 개념

• 계층적 접근 (Layered Approach) - 모놀리식의 밀접한 결합 문제를 해결하기 위해 등장한 계층 구조
• 마이크로커널 (Microkernel) - 커널에서 비필수 기능을 제거하고 사용자 수준으로 이동한 구조
• 적재 가능 커널 모듈 (LKM) - 모놀리식 성능을 유지하면서 동적 확장성을 제공하는 모듈 방식
• 하이브리드 시스템 (Hybrid Systems) - 모놀리식과 다른 구조를 결합한 실제 운영체제들
• 커널 (Kernel) - 운영체제의 핵심으로 항상 메모리에 상주하는 프로그램

출처

• Operating System Concepts, 10th Edition, Chapter 2, p.82-83