KR20120062568A - 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법이 개시된다. 상기 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법의 일실시예에 따르면, 링킹부를 통해 다른 운영체제 어플리케이션부와 다른 운영체제 API 처리부 및 다른 운영체제 커널 데이터부를 링킹하고, 로더부를 통해 다른 운영체제 어플리케이션부를 메모리로 로딩해서 수행하면, 다른 운영체제 어플리케이션부에서 다른 운영체제의 API 호출이 발생하면 다른 운영체제 API 처리부에서 다른 운영체제 커널 데이터부와 현재 운영체제부와 연계하여 성능 감소가 덜하도록 이종 운용체제 바이너리를 동작 시키는 방법을 특징으로 한다.

Description

이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법{METHOD FOR OPERATING BINARY TO HETEROGENIOUS OS}
본 발명의 일실시예들은 다른 운영체제 어플리케이션을 성능 감소 없이 운영체제 API를 호환 시키는 방법으로써, 보다 상세하게는 다른 운영체제 API처리부와 다른 운영체제 커널 데이터부를 링킹을 통해 다른 운영체제 어플리케이션부에 내장하여 성능 감소 없이 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법을 개시한다.
본 연구는 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 IT산업원천기술개발사업의 일환으로 수행하였음. [2009-S-036-01, 고성능 가상머신 규격 및 기술 개발]
1. 운영체제 API 호환 기술의 필요성
과거 자주 사용되던 운영체제들은 그 종류가 많지 않았다. 그러나 스마트 폰 시장이 활성화 되면서 운영체제는 매우 다양하게 되었다. 그럼으로 인해 다른 운영체제에서 동작하던 응용 프로그램을 가져와 사용할 일이 많아졌다. 하지만 현재 기술로써는 다른 운영체제의 응용 프로그램을 동작시키기란 매우 힘이 든다. 왜냐하면 운영체제간 API가 호환되지 않기 때문이다. 이에 성능 감소 없는 운영체제 API 호환 기술을 선보인다.
2. 종래 기술의 문제점
먼저 운영체제 상에서 응용 프로그램이 동작하는 모습은 도 1과 같다. 도 1에서 보면 응용 프로그램(100)은 유저 모드에서 기본적으로 동작한다. 그리고 운영체제 커널(200)은 커널 모드에서 동작하게 된다. 유저 모드는 일종의 보호 모드로써 시스템 전체에 영향을 끼칠 수 있는 메모리 영역에 접근 혹은 시스템에 영향을 끼칠 수 있는 인스트럭션을 발행할 수 없다. 반면 커널 모드에서는 모든 메모리 영역에 대한 접근과 모든 인스트럭션을 발행하는 것이 가능하다.
만약 유저 모드에서 동작하는 응용 프로그램이 특정한 일을 수행하고자 하는데, 유저 모드에서 수행할 수 없는 일을 하고자 한다면 응용 프로그램은 시스템 콜을 통해 커널에게 해당 일을 대신 수행해주게 부탁을 해야 한다. 이러한 시스템 콜들을 포함하고 있는 것이 바로 API이다.
문제는 이러한 API들이 운영체제마다 다르기 때문에 다른 운영체제의 응용 프로그램을 현재 운영체제에 수행시킬 수 없다는 것인데, 이를 가능하게 하기 위한 종래 기술은 도 2와 같다.
도 2에서 보면 현재 운영체제 응용 프로그램(100) 외에 다른 운영체제 응용 프로그램(600)이 등장하는데 다른 운영체제 응용 프로그램(600)에는 다른 운영체제 API 라이브러리(601)가 링킹되어 있어 해당 라이브러리(601)가 운영체제 커널(200) 및 다른 운영체제 에뮬레이트(500)와 연계해서 다른 운영체제 API를 에뮬레이션 해주는 구조로 되어 있다.
이 구조를 도 3에서 자세히 보면 모든 운영체제는 운영체제 내부 상태를 나타내는 커널 데이터(201)라는 것을 가지게 되는데, 이는 운영체제 내에 있는 각종 변수 및 자료구조를 의미한다. 응용 프로그램(100, 600, 500)상에서 각종 API를 호출하면 API 내부에 있는 시스템 콜이 호출되고, 시스템 콜에 의해 운영체제 커널(200) 내부에 있는 시스템 콜 핸들러가 수행되는데, 시스템 콜 핸들러는 운영체제 커널 데이터(201)를 읽거나 변경하면서 시스템 콜을 처리하여 API에 돌려준다.
이로 말미암아 다른 운영체제 API를 에뮬레이션 하기 위해서는 다른 운영체제 API(601)가 있어야 하며, 마치 다른 운영체제 커널이 있는 것과 같이 다른 운영체제 에뮬레이터(500)가 있어야 하며, 해당 에뮬레이터는 다른 운영체제 커널 데이터(501)가 있어야 한다.
종래 기술은 이런 모양(도 3)으로 구현되어 있는데, 문제는 이러한 구조이기 때문에 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 운영체제 커널(200)간, 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 에뮬레이터(500)간, 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 운영체제 커널(200)간 시스템 콜(300)이 너무 빈번하게 발생한다는 것이다.
도 4는 도3에 보이는 다른 운영체제 API 라이브러리(도 3의 601)와 다른 운영체제 에뮬레이터(도 3의 500)간 호출(도 3의 400)을 실제 호출되는 모습을 나타낸 것인데, 다른 운영체제 응용 프로그램(600)에서 다른 운영체제 에뮬레이터(500)를 직접 호출하는 것은 불가능하기 때문에, 실제로는 시스템 콜(300)을 통해 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신하는 것을 나타낸다.
이렇게 종래 기술에서는 빈번하게 시스템 콜이 발생하게 되는데, 실 예를 들어보면 도 5와 같다.
도 5는 종래 기술에 실제 존재하는 다른 운영체제 API 라이브러리(도 3의 601)에 있는 RtlCreateUserThread() API 내부를 본 것인데, 단순한 하나의 API에서 수많은 시스템 콜을 호출함을 알 수 있다. 만약 다른 운영체제 응용 프로그램(도3의 600)이 자신의 운영체제에서 수행했더라면, 시스템 콜이 이렇게 많이 필요로 하지 않는다. 하지만 종래 기술은 구조적 특성으로 말미암아 시스템 콜이 빈번하게 발생할 수밖에 없다.
시스템 콜이 성능에 심각한 영향을 미치는 이유는 도 6에서 보면 시스템 콜은 한번 발생할 때마다 복잡한 처리 절차를 거치기 때문이다. 도 6은 이해하기 쉽게 단순화 시킨 시스템 콜 처리 모습인데, 실제로는 시스템 콜을 처리하기 위해 매우 복잡한 처리 절차를 거치게 된다. 매 시스템 콜마다 도 6과 같은 일이 발생하니, 시스템 콜이 많이 발생할 수 밖에 없는 종래 기술은 성능이 눈에 뛰게 떨어질 수 밖에 없다.
또 다른 종래 기술의 문제는 도 7에서 보면 여러 다른 운영체제 응용 프로그램들(610, 620, 630)이 하나의 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신을 하면서 수행하게 되는데, 이때 다른 운영체제 에뮬레이터(500) 내부의 다른 운영체제 커널 데이터(도3의 501)의 동기화를 위해 한번에 하나의 다른 운영체제 응용 프로그램만이 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신해야 된다는 제약이 생긴다는 것이다.
이로 인해 다른 운영체제 응용 프로그램들과 다른 운영체제 에뮬레이터(500) 사이에는 병목 현상이 발생할 수 밖에 없고, 멀티 프로세서에서도 제 성능을 낼 수가 없다.
3. 새로운 운영체제 API 호환 기술 제안
이에 새로운 운영체제 API 호환 기술을 제안하는데 이는 도 8과 같다. 도 8에서 보면 다른 운영체제 응용 프로그램(600)은 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 커널 데이터(602)를 링킹 과정을 통해 이미 내부에 포함하고 있다. 그래서 다른 운영체제 어플리케이션(600)에서 다른 운영체제의 API를 호출하면 다른 운영체제 어플리케이션 바이너리 자체에서 해당 API를 현재 운영체제 커널(200)과 시스템 콜로 연계하여 처리하게 된다. 이때, 이미 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)의 기능이 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 커널 데이터(602)에 포함되어 있기 때문에 별도의 다른 운영체제 에뮬레이터 프로세스와 통신할 필요가 없다. 이로 인해 성능 향상을 가져오게 된다.
다른 운영체제 커널 데이터(602)는 다른 운영체제 API 라이브러리(601) 내에 포함될 수도 있지만 다른 운영체제 에플리케이션(600) 내에 따로 떨어져 있을 수도 있다.
도 9는 이종 운용체제 바이너리를 동작시키는 방법의 대표도이다. 먼저 링킹부(400)에서는 다른 운영체제 어플리케이션부(600)에 다른 운영체제 API 처리부(601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(602)를 링킹하여 포함시킨다. 다른 운영체제 API 처리부(601)는 종래 기술의 다른 운영체제 API 라이브러리(도 3의 601)와는 다르게 다른 운영체제 에뮬레이터(도 3의 500)의 기능도 모두 포함하고 있는 부분이다.
다른 운영체제 커널 데이터부(602)는 종래 기술의 다른 운영체제 커널 데이터부(도 3의 501)와 거의 동일하다.
이러한 구조로 말미암아 다른 운영체제 어플리케이션부(600)에서 발생하는 모든 다른 운영체제 API들을 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도 3의 500)의 호출 없이도 다른 운영체제 어플리케이션부(600) 자체 내에서 운영체제부(200)와 연계하여 다른 운영체제 API를 처리하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예들은, 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600) 내에 다른 운영체제 API 처리부(도 9의 601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(도 9의 602)를 링킹하여 포함시키고, 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도 3의 500)의 호출 없이도 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600) 자체 내에서 운영체제부(도 9의 200)와 연계하여 다른 운영체제 API를 처리하기 때문에 성능 감소가 적게 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예들은, 링킹부(도 9의 400)를 통해 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600)와 다른 운영체제 API 처리부(도 9의 601), 다른 운영체제 커널 데이터부(도 9의 602)를 링킹하고, 로더부(도 9의 500)를 통해 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600)를 메모리에 로딩한 후 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600)가 수행될 때, 다른 운영체제 API가 호출되면 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600)에 링킹되어 포함되어 있는 다른 운영체제 API 처리부(도 9의 601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(도 9의 602)와 운영체제부(도 9의 200)와 연계하여 해당 다른 운영체제 API를 처리한다. 이로 인해 성능 감소가 적은 이종 운영체제 바이너리를 동작 시킬 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법은 다른 운영체제 API 처리부(도9의 601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(도 9의 602)를 포함한 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600), 운영체제부(도 9의 200)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법은 다른 운영체제 어플리케이션부(도 9의 600)와 다른 운영체제 API 처리부(도 9의 601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(도 9의 602)를 링킹부(도9의 400)에서 링킹하는 링킹 단계와 로더부(도 13, 14의 500)에서 메모리로 로딩하는 단계, 다른 운영체제 API가 호출되었을 때 처리하는 처리 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법은 어떠한 프로세서에서든 동작 가능하고, 어떠한 운영체제에서도 성능 감소가 적게 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 것이 가능하다.
도 1은 운영체제상에 응용 프로그램이 수행되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 운영체제 응용 프로그램(600)을 수행시키기 위한 종래 기술을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 구조를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 다른 운영체제 API 라이브러리(601)가 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)와 통신(도3의 400)하는 모습을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 종래 기술에서 다른 운영체제 API 라이브러리(도 3의 601) 에 포함되어 있는 RtlCreateUserThread() API의 내부 동작 코드를 축약해서 보여준다.
도 6은 하나의 시스템 콜이 수행될 때 처리 과정을 축약하여 나타낸다.
도 7은 종래 기술에서 여러 다른 운영체제 응용 프로그램(610, 620, 630)들이 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신하는 모습을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법에서 전체 구조를 나타낸다.
도 9는, 본 발명의 일실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법에 대한 대표도를 나타낸다.
이하에서, 본 발명의 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 운영체제상에 응용 프로그램이 수행되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 응용 프로그램(100)들은 시스템 콜(300)을 호출하여 운영체제 커널(200)과 통신하여 수행함을 알 수 있다.
도 2는 다른 운영체제 응용 프로그램(600)을 수행시키기 위한 종래 기술을 나타내는 도면이다.
도 2에서 보면 다른 운영체제 응용 프로그램(600)은 링킹 과정을 통해 내부에 다른 운영체제 API 라이브러리(601)를 가지고 있고, 다른 운영체제 API 라이브러리(601)가 운영체제 커널(200)과 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신하여 다른 운영체제 API를 동작 시키는 모습을 나타낸다.
도 3은 도 2를 보다 상세히 나타낸 도면으로써 운영체제 커널(200)에는 운영체제 커널 데이터(201)가 포함되어 있고, 다른 운영체제 에뮬레이터(500)에는 다른 운영체제 커널 데이터(501)가 포함되어 있음을 나타낸다.
도 4는 도 3에서 다른 운영체제 API 라이브러리(601)가 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)와 통신(도3의 400)하는 모습을 보다 상세히 나타낸 도면으로써, 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)와의 통신은 사실은 시스템 콜(300)을 통한 통신임을 나타낸다.
도 5는 종래 기술에서 다른 운영체제 API 라이브러리(도 3의 601) 에 포함되어 있는 RtlCreateUserThread() API의 내부 동작 코드를 축약해서 보여준다. 종래 기술은 구조적 한계로 말미암아 다른 운영체제 API 라이브러리(도3의 601)의 각 API 내에서 많은 시스템 콜을 호출할 수 밖에 업다.
도 6은 하나의 시스템 콜이 수행될 때 처리 과정을 축약하여 나타낸다. 실제로 시스템 콜은 도 6보다 훨씬 많은 처리 과정을 거치게 된다. 때문에 시스템 콜을 많이 발생시키는 종래 기술은 성능이 떨어질 수 밖에 없다.
도 7은 종래 기술에서 여러 다른 운영체제 응용 프로그램(610, 620, 630)들이 다른 운영체제 에뮬레이터(500)와 통신하는 모습을 나타낸다. 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(500)는 구조적으로 동기화를 위해 하나의 다른 운영체제 응용 프로그램만 통신할 수 있기 때문에 병목 현상이 발생하고, 멀티 코어상의 성능 최적화를 위해서도 적합하지 않다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법에서 전체 구조를 나타낸다. 먼저 다른 운영체제 어플리케이션(600) 내에 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 커널 데이터(602)를 링킹하여 포함시킨다. 이때 다른 운영체제 커널 데이터(602)는 반드시 다른 운영체제 API 라이브러리(601) 내에 포함될 필요 없이, 다른 운영체제 응용 프로그램 내에만 존재하면 된다.
다른 운영체제 API 라이브러리(601)는 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500) 기능까지 포함한다.
다른 운영체제 커널 데이터(602)는 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)에 포함되어 있는 다른 운영체제 커널 데이터(도 3의 501)와 거의 동일하다.
이렇게 구성 되어 있을 때 다른 운영체제 어플리케이션(600)에서 다른 운영체제 API가 호출되면 다른 운영체제 API 라이브러리(601)와 다른 운영체제 커널 데이터(602), 현재 수행중인 운영체제 커널(200)과 연계하여 종래 기술에서 존재하던 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)의 연계 없이 성능 감소가 적게 이종 운영체제 바이너리를 동작 시키는 것이 가능하다.
도 9는, 본 발명의 일실시예에 따른 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법에 대한 대표도를 나타낸다.
도 9에서 보면 다른 운영체제 어플리케이션부(600)와 다른 운영체제 API 처리부(601) 및 다른 운영체제 커널 데이터부(602)를 링킹하기 위한 링킹부(400), 다른 운영체제 어플리케이션부(600)를 로딩하기 위한 로더부(500), 현재 수행중인 운영체제 커널(200)로써 구성된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 성능 감소 없는 운영체제 API 호환 방법은 링킹부(400), 로더부(500)를 포함하는 것으로 언급하였으나, 이는 선택적으로 포함될 수 있다.
링킹부(400)는 라이브러리 형태로 존재하는 다른 운영체제 API 처리부(601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(602)를 다른 운영체제 어플리케이션(600)에 링킹하여 포함하는 일을 담당한다.
로더부(500)는 각 운영체제마다 다른 바이너리 구조를 가지고 있는 다른 운영체제 어플리케이션부(600)를 현재 운영체제부(200)의 프로세스 메모리상에 로딩하는 역할을 담당한다.
다른 운영체제 API 처리부(601)는 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500) 기능까지 포함한다.
다른 운영체제 커널 데이터부(602)는 종래 기술의 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)에 포함되어 있는 다른 운영체제 커널 데이터(도 3의 501)와 거의 동일하다.
이렇게 구성 되어 있을 때 다른 운영체제 어플리케이션(600)에서 다른 운영체제 API가 호출되면 다른 운영체제 API 처리부(601)와 다른 운영체제 커널 데이터부(602), 현재 수행중인 운영체제 커널(200)과 함께 연계하여 종래 기술에서 존재하던 다른 운영체제 에뮬레이터(도3의 500)의 연계 없이 성능 감소가 적게 이종 운영체제 바이너리를 동작 시키는 것이 가능하다. 보다 자세한 설명은 배경기술을 참고하기 바란다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 특정 운영체제 바이너리에 해당 운영체제의 API처리부를 포함하고, 해당 운영체제의 커널 테이터부를 포함하는 프로그램 바이너리 구조를 포함하는, 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법.
  2. 프로그램 바이너리에 포함되는 운영체제 API처리부 프로그램 및 운영체제 커널 테이터부에 있어서, 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 운영체제 커널 테이터부는 반드시 운영체제 API처리부에 포함되지 않고, 운영체제 바이너리에 포함되는, 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다른 운영체제 커널 데이터부는 다른 운영체제 커널의 콘텍스트를 표현하는 각종 정보들을 포함하는 이종 운영체제 바이너리를 동작시키는 방법.
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