WSL(Windows Subsystem for Linux) - 윈도우에 들어간 리눅스는 어떤 것일까?

드디어 Windows에 bash shell이 탑재된 모습을 만나게 되었습니다. 이 bash shell에서 얼마 만큼의 일을 할 수 있고, 어떻게 구성되어 있는지를 한 번 알아보겠습니다.

Bash shell은 Windows 10 1주년 업데이트본 이후부터 사용하실 수 있습니다.

WSL 설치

Linux는 제어판에 프로그램 기능에서 왼쪽 상단에 있는 [Windows 기능 사용 / 사용 안함[ 에서 설치할 수 있습니다. 위 사진처럼 Windows Subsystem for Linux 혹은, Linux 하위 윈도우 시스템을 체크하시면 됩니다.

Linux 설치

WSL이 설치되었다면, 명령 프롬포트 창을 열어 bash 명령어를 실행시켜 줍니다.

Linux는 Ubuntu 14.04 버전이 설치됩니다. 만약, 위 화면처럼 개발자 모드를 활성화하라는 메시지가 나오면, 아래와 같이 해줍니다.

설정 앱에서 업데이트 / 보안 부분에 개발자 메뉴를 선택하게 되면, 개발자 모드를 활성화 할 수 있습니다. 활성화할 경우, 위와 같은 경고 메시지가 나타나는데, 예를 눌러주시면 됩니다.

다시 bash를 실행하게 되면, 계속하려면 Y를 누르라는 메시지가 나옵니다. Y를 눌러줍니다.

그러면 Windows Store를 통해 리눅스를 다운로드 받고 설치하게 됩니다.

설치 중에 최초 사용자 이름과 암호를 입력해야 합니다. 입력을 해줍니다.

그러면 Linux의 설치가 완료됩니다.

WSL 간단 사용

아주 간단하게나마 기본적인 명령어를 몇 개 돌려보고 커널 부분을 조금 뒤져봤습니다. 메인 메모리까지는 대체적인 리눅스 방식으로 동작하는 듯 했지만 네트워크 카드 등의 하드웨어 부분에 대한 직접 액세스는 불가능하였습니다.

일단 ICMP 프로토콜을 사용해 일반적인 TCP 패킷을 전송시도하였지만 권한이 없다는 메시지를 보이고 있습니다. 확인해보니 리눅스 자체에 네트워크 인터페이스에 대한 정보는 존재하지 않는 것으로 보아 윈도우의 커널에 속한 하드웨어 I/O를 통해 인터넷을 사용하는 듯 하였습니다.

그렇다보니 Unix Socket 내지 리눅스 서버 구성 자체가 되지 않으며 사실상 Windows Network Interface에 의존하고 있는 것을 보여줍니다. 따라서 이 서브 시스템으로는 서비스를 할 수 없다는 결론이 나왔습니다.

사용자 권한에도 조금 다른 면을 보였습니다. NTUSER.DAT 파일은 해당 bash shell에서 root가 그 소유권을 가지고 있었지만 파일을 열려고 시도하니 역시 권한이 없다는 이야기를 합니다.

여기서 의문점이 든 것은 아무래도 Windows의 파일 시스템이 NTFS이다보니 만약 Linux가 윈도우 내에 들어오려면 Linux에 NTFS 파일 시스템을 추가하는 방안을 마련해야 합니다. 하지만 df -h 명령어를 이용해 파일 시스템을 확인해보니 실제는 그렇지 않은 모습이었습니다.

루트 디렉터리가 내 노트북에 있는 사용자 프로필인 D:\에 속해 있음을 확인할 수 있습니다. 해당 파일 시스템은 NTFS이며 현재 리눅스에서 동작하고 있습니다.

WSL 구조 파헤치기

bash shell을 이용해 Windows subsystem for Linux를 잠깐이나마 살펴봤습니다. 기본적인 리눅스 모습과는 겉모양새는 같지만 속 안은 다른 분위기였고, 파일 시스템도 리눅스가 사용하는 기본 파일 시스템이 아닌 다른 파일 시스템을 사용하는 듯 하였습니다.

Windows 안에 어떻게 리눅스가 들어갈 수 있었을까요?

위 사진은 현재 Windows NT 커널에 들어간 Linux subsystem의 구조입니다. 우리가 위에서 사용하였 듯이 모든 리눅스의 명령어가 Windows에서 정상적으로 동작하고 있음을 확인할 수 있었습니다. PE 구조를 사용하는 Windows에서 ELF64의 리눅스 바이너리를 그대로 사용할 수 있도록 구현한 것이지요.

그 원리는 바로 커널 모드와 사용자 모드 사이에 있습니다. Windows는 커널에 LXSS라는 서비스를 탑재하였는데, 이 서비스는 리눅스 바이너리를 실행할 수 있도록 하는 bash와 커널 사이에 브로커 역할을 하는 서비스로 실제로 리눅스 바이너리의 프로세스는 Pico Process라는 것으로 별개 구분하여 LXSS 서비스가 리눅스 바이너리를 실행할 수 있도록 하는 것입니다.

여기서 Pico Process는 MS가 자사의 운영체제에 리눅스 바이너리를 사용하게끔 구현하기 위한 별도의 프로세스 구조로 2011년 MS에서 진행되었던 Drawbridge 프로젝트를 기반으로 시작되었습니다. 이 프로세스는 일반적인 윈도우 프로세스인 Win32 Process와 별개의 프로세스로 취급합니다.

File system의 경우, WSL은 ext4와 같은 리눅스에서 사용하는 표준 파일 시스템이 아닌 MS에서 개발한 별도의 파일 시스템을 사용하였습니다. 총 2가지의 파일 시스템이 있는데, 하나는 VolFS, 또 다른 하나는 DriveFS 였습니다.

둘 다 리눅스 파일 시스템 지원을 위한 파일 시스템이었지만 서로서로가 장/단점이 존재합니다.

VolFS

- 완벽한 리눅스 파일 시스템 구현을 목표로 한 파일 시스템

- Symbolic link 등의 파일 호환

- Windows 파일 이름과 형식, 문자 등이 호환이 안됨

- WSL에서 /bin, /home, /usr, /etc 등의 디렉터리에 적용

DriveFS

- Windows와 상호 연결할 수 있도록 구현한 파일 시스템

- 여러 부분들이 달라 아직 개선이 많이 필요해보임. 심각한 버그도 존재함.

- /mnt 에서 C, D 드라이브가 마운트 될 때 적용된 파일 시스템

사실 언듯봤을 떄, 리눅스 사용자들은 이 부분을 볼 때 "아, 일반 사용자가 사용하기에는 정말 위험하겠구나" 라는 생각이 들 수도 있을 것입니다. MSDN 문서에는 bash가 아닌 텀색기를 이용해 /bin, /home 등에 파일을 생성하는 것을 금지하고 있습니다. 그 이유 중에 하나는 /bin, /home 디렉터리에 있는 파일들은 Windows 파일 시스템과 호환이 되지 않기 때문입니다. 이로 인해 파일을 손상할 수 있는 버그가 있어 주의를 당부하기도 합니다.

반면 C:\, D:\에서는 모두 호환이 됩니다. 다만 리눅스 파일 시스템에서 제공하는 심볼릭 링크 등의 기능들은 사용할 수 없습니다.

더욱이 이 파일 시스템들은 NTFS 안에서 동작하기 때문에 외부에 만약 멀티 부팅 방식을 통해 Linux를 설치했다 하더라도 ext4로 마운트가 불가능합니다. (이건 뭐 리눅스가 리눅스한테 파일을 주고 받지도 못하게 한다니...)

마치며.....

여기까지 Windows subsystem for Linux에 대해 알아봤습니다. 아마 처음 리눅스를 사용하는 분들이라면 잘 모르는 내용일 수도 있습니다. 짧게나마 결론부터 요약하자면, 이렇습니다.

"Windows subsystem for Linux는 아직 bash와 그와 호환되는 File system만 Windows kernel에 담겨져 있을 뿐이다."

아마 완벽한 리눅스를 원하고 이 시스템을 기대했다면 기대보다는 실망이 더 클 수도 있습니다. 이전에 포스팅했던 것에서 Docker같은 경우를 예로 들자면 이 프로그램은 리눅스의 네임스페이스 등이 사용되기 때문에 어쨌거나 사용이 불가능하며 레포지터리를 제외한 나머지는 네트워크를 사용할 수도 없기 때문에 어차피는 안 된다고 보면 되겠습니다.

참고로 "베타 버전"이기 때문에 파일 시스템 간의 접근은 피하시는 것이 좋으며 이 시스템으로는 ELF 바이너리 개발이나 Tensorflow를 사용하기에는 적당한 듯 보입니다.

저도 이 서브 시스템을 이용해 git 정도만 이용을 해보려고 합니다. 또, gcc 컴파일러를 사용하기 위해 다시 리눅스로 뛰어드는 귀찮음은 줄은 것 같네요.