리눅스 시스템 프로그래밍 : 01 Intro.

1. 시스템 프로그래밍의 중요성

 '현실에서는 시스템 프로그래밍 기술이 정말 중요한가?' 라는 얘기를 듣곤 한다. 프로그램을 만드는 프로그램을 이용해서 프로그램을 만드는 세상인데, '굳이 별로 재미도 없어 보이는 시스템 프로그래밍 쪽을 공부해야 하나?' 하는 것이다. 훌륭한 Visual 개발 도구와 잘 만들어진 라이브러리나 컴포넌트 기타 제작 도구들이 널려있다.

 이론상으로는 그럴 듯 하다. 실제로 그런 세계가 올지도 모른다. 컴퓨터에게 '은행 업무를 효율적으로 하기 위한 고객 관리 프로그램이 필요하거든 한번 만들어봐' 라고 하고 몇 가지 조건만 주면 그럴듯한 프로그램을 만들어내는 시대가 올지도 모른다.

 그러나 (프로그래머의 입장에서는)다행스럽게도 지금의 컴퓨터는 산업 전반에서 요구하는 모든 종류의 요청에 대해서 프로그램을 만들어낼 만큼 똑똑하지 못하다. 조금씩 인간이 개입하는 여지가 줄어들기는 하겠지만 당분간은 말 만으로 프로그램이 생성되어서, 프로그래머가 필요 없는 세상은 오지 않을 것 같다.

 결국 컴퓨터가 자동으로 할 수 없는 것은 인간이 책임질 수 밖에 없다. 이러한 영역이 주로 시스템 프로그래밍 영역이 된다. 메뉴, 창, 버튼, 입력 상자의 배치와 같은 프로그램의 외형은 컴퓨터가 자동으로 해낼 수 있지만 그 밑 단의 시스템 영역에서 이루어지는 데이터의 저장, 다중 작업, 데이터 통신과 같은 일들은 경험 있는 프로그래머가 반드시 필요하다. 여기에 최적화라는 컴퓨터가 자동으로 수행할 수 없는 영역도 있다. 최적화라는 것은 프로그램의 성능을 좀 더 높이기 위해서 시스템의 자원 사용을 최적화 하는 일련의 작업들이다. 메모리를 어떻게 사용할 것인지, 프로그램 간에 데이터 통신은 어떻게 할 것인지, 대량의 데이터를 병렬 처리 하기 위해서 어떤 시스템 통신 모델을 사용할 것 인지에 따라서 수십% 혹은 수백 %의 성능의 차이가 날 수 있는데, 이런 일은 자동화가 불가능한 영역이다. 역시 시스템에 대한 지식을 가진 경험 있는 시스템 프로그래머가 필요하다.

 결론은 이렇다. 아주 간단한 프로그램이 아니라 제대로 돌아가는 프로그램을 만들고자 한다면, 혹은 취미로 프로그램을 작성하고자 하는 생각 이 아니라면 시스템 프로그래밍은 선택 사항이 아닌 필수 사항이다.

2. 일반적인 프로그래밍 학습 과정

 공부에는 정도가 없다고 하지만 다음과 같은 순서로 프로그래밍을 학습한다면 효율이 좋을 것으로 생각된다.

1. 프로그래밍 언어(Java, C, C++ 등)를 익힌다.
2. 시스템 프로그래밍에 대하여 공부한다.
3. 네트워크 프로그래밍에 대하여 공부한다.
4. 네트워크 프로그래밍을 바탕으로 좀 더 깊은 수준의 시스템 프로그래밍에 대하여 공부한다.
5. 효율적인 프로그래밍을 위하여 자료구조와 알고리즘에 대한 공부를 한다.
6. 게임 및 보안 관련 프로그램을 제작하는 등의 일을 통하여 응용해 본다.
   

3. 운영체제와 시스템 프로그래밍

 시스템 프로그래밍이란 컴퓨터 시스템을 다루는 프로그래밍을 의미한다. 여기에서 컴퓨터 시스템이란 컴퓨터를 이루는 구성 요소들인 모니터, 키보드, 메모리, 하드디스크, NIC를 의미한다. 그렇다고 해서 프로그래머가 모니터, 키보드, 메모리와 같은 기계장치에 직접 명령을 내려야 하는 것은 아니다. 인간과 컴퓨터 사이에 운영체제가 존재하기 때문이다.  운영체제가 있는 덕분에 프로그래머는 컴퓨터 기계장치에 직접 명령을 내리지 않고, 운영체제를 통해서 간접적으로 명령을 내리는 정도로 컴퓨터 시스템을 제어할 수 있게 된다.

 은행 창구가 있는 덕분에 복잡한 금융거래를 간단하게 할 수 있는 것과 같은 이치다. 돈을 송금하는 과정은 여러 단계의 매우 복잡한 과정을 거쳐야 할 것이다. 그러나 고객은 그 과정을 알 필요 없다. 그냥 '이 돈을 어디 어디 계좌로 보내주세요' 라는 내용을 적은 명세표만 직원에게 주면 된다. 나머지 일은 창구 직원이 알아서 해준다.

 시스템 프로그래머에게 있어서 운영체제는 프로그래머와 컴퓨터 시스템 간의 창구 역할을 하는 프로그램으로 이해하면 될 것이다. 프로그래머가 운영체제에게 어떤 요청을 할 때에는 '이러한 일을 해주세요' 라고 명세표를 작성해야 할 것이다. 이러한 요청을 쉽게 하도록 하기 위해서 운영체제는 시스템 함수라는 것을 제공한다. 예를 들어, 리눅스 운영체제는 메모리할당과 관련되어서 malloc()이라는 시스템 함수를 제공한다. 그러면 프로그래머는 다음과 같은 방법으로 메모리 할당을 요청하게 된다.

malloc(2*1024*1024) // 2메가의 메모리 공간을 요청

 요청을 받은 운영체제는 복잡한 과정을 거쳐서 메모리를 할당하고, 메모리가 할당된 공간을 프로그래머에게 알려준다. 이제 프로그래머는 할당된 공간을 이용하기만 하면 된다.

 이러한 시스템으로의 명령은 안타깝게도 운영체제마다 약간의 차이가 있다. 윈도우와 리눅스가 다르고, 리눅스와 솔라리스가 또 다르다. 때문에 윈도우 시스템 프로그래밍 기술을 리눅스 시스템 프로그래밍을 하는데 이용하는 데에는 많은 어려움이 따른다. 물론 운영체제가 다르다고 해도, 작동 방식은 비슷하기 때문에 한쪽 운영체제의 시스템 프로그래밍 지식을 다른 운영체제에서 전혀 써먹을 수 없는 건 아니다. 많은 운영체제들이 Unix 운영체제를 그 기반으로 하고 있기 때문에 함수명이나 사용 방법, 기능이 비슷한 경우가 많기 때문이다. 하지만 여전히 어려운 것은 사실이다.

 그러므로 시스템 프로그래밍에 발을 들여놓으려고 한다면, 운영체제를 선택하는 것이 중요한 요소가 된다. 물론 여기에서는 여러분이 리눅스 운영체제를 선택했다고 가정할 것이다.