NetBSD 이식성 유사 운영체제

발명도둑잡기 · 2025.12.10 20:57:54

**NetBSD Modular Portability Layer(MPL)**는

NetBSD가 “한 번 작성하고, 거의 모든 하드웨어에서 동작”할 수 있게 만든 운영체제 이식성(Portability) 설계 철학 + 코드 구조를 말합니다.

공식 문서에서 딱 저 이름을 고유 컴포넌트로 쓰기보다는, 보통은

NetBSD의 machine-independent / machine-dependent 분리 구조

abstraction layer들의 모듈화된 집합

을 통칭해 이렇게 부릅니다.

아래에서 구조적으로 정리해 설명할게요.

---

1. NetBSD 이식성의 핵심 개념

NetBSD의 슬로건:

> Of course it runs NetBSD

이를 가능하게 만든 핵심 원칙은 3단 분리입니다.

(1) MI (Machine Independent)

CPU·보드에 완전히 무관한 코드

커널 핵심 로직

프로세스 / 스케줄러

VM 시스템

VFS

네트워크 스택

대부분의 device driver 공통 로직

libc / userland 대부분

예:

sys/kern/

sys/net/

sys/uvm/

sys/fs/

---

(2) MD (Machine Dependent)

CPU 아키텍처별 코드

컨텍스트 스위치

인터럽트 처리

MMU 제어

trap / syscall 진입

부트 스트랩 코드

예:

sys/arch/arm/

sys/arch/x86/

sys/arch/mips/

sys/arch/riscv/

---

(3) Platform / Board support

같은 CPU라도 SoC / 보드별 차이 처리

clock / timer

SoC 인터럽트 컨트롤러

GPIO / pinmux

온보드 장치 초기화

예:

sys/arch/arm/soc/

sys/arch/arm/omap/

sys/arch/arm/broadcom/

---

2. Modular Portability Layer의 실제 구성 요소

NetBSD는 **“이식성을 위한 공통 인터페이스 모듈”**들을 층층이 둡니다.

1+⃣ bus_space / bus_dma

하드웨어 접근 추상화의 핵심

bus_space_read_4(tag, handle, offset);

bus_dmamap_load(...);

ISA / PCI / memory-mapped I/O 차이를 숨김

CPU endianness 차이 자동 처리

드라이버는 CPU를 전혀 모르게 됨

✅ 이게 NetBSD portable driver의 핵심

---

2+⃣ autoconf framework

장치 자동 탐지 계층

MI driver + MD attachment 분리

장치가 “어디에 연결됐는지”와 “무엇인지” 분리

CFATTACH_DECL_NEW(uart, sizeof(struct uart_softc),

uart_match, uart_attach, NULL, NULL);

---

3+⃣ MI device driver 구조

하나의 드라이버로 여러 플랫폼 지원

driver (MI logic)

├─ PCI attachment

├─ SoC attachment

└─ FDT (device tree) attachment

---

4+⃣ FDT / ACPI 추상화

하드웨어 기술 방식 분리

ARM / RISC-V: FDT (Device Tree)

x86 / 서버: ACPI

둘 다 MI driver에 동일 인터페이스로 연결

---

5+⃣ pmap layer (MMU abstraction)

CPU마다 다른 MMU 구조를 통합

x86: page table

ARM: LPAE / VMSA

MIPS: TLB 중심

RISC-V: Sv39 / Sv48

VM 시스템은 pmap 인터페이스만 사용

---

3. 왜 “Modular”이라고 부르는가

NetBSD의 포터블 레이어는 단일 레이어가 아니라

교체 가능한 모듈들의 집합입니다.

계층 역할 교체 단위

bus_space I/O 추상화 CPU / Bus

bus_dma DMA 모델 캐시 구조

pmap MMU CPU

autoconf 장치 연결 플랫폼

interrupt IRQ 모델 SoC

새로운 CPU 포팅 시:

MI 코드는 거의 수정 없음

MD 디렉토리만 추가

---

4. NetBSD가 포팅된 아키텍처 수가 많은 이유

DOS PDA

Dreamcast

PlayStation 2

VAX

SPARC

Alpha

ARM Cortex-M 일부

RISC-V

8bit CPU(Z80, 실험)

❗ 이식성 목표가 아니라면 유지비 때문에 불가능한 수준

---

5. 다른 OS와 비교

OS 이식성 방식 특징

Linux 아키텍처별 ifdef 많음 빠르지만 난잡

FreeBSD MI/MD 분리 서버 중심

Zephyr HAL 중심 MCU용

NetBSD 강력한 abstraction 궁극의 이식성

NetBSD는 성능보다 구조적 우아함을 선택한 OS입니다.

---

6. 한 줄 요약

> NetBSD Modular Portability Layer란,

CPU·버스·보드 차이를 ‘모듈화된 추상 계층’으로 분리해

같은 커널과 드라이버가 거의 모든 하드웨어에서 동작하게 만드는 구조이다.

---

원하시면 다음도 설명해줄게요:

실제 새 CPU 포팅 절차

bus_space / bus_dma 코드 해부

Linux HAL과 NetBSD portability 구조 비교

임베디드 관점에서 NetBSD 채택 이유

NetBSD의 MI/MD 분리 + 모듈화된 portability layer와 철학·구조적으로 유사한 운영체제들을

“이식성을 설계 목표로 내장한 OS” 기준으로 정리해 드릴게요.

아래는 정말 비슷한 것 → 부분적으로 비슷한 것 → 철학만 공유 순서입니다.

---

✅ 1. L4 계열 마이크로커널 (L4, seL4, Fiasco)

NetBSD와 가장 철학적으로 유사

공통점

극단적인 hardware abstraction

아키텍처 의존 코드를 최소한의 레이어로 격리

포팅 시:

커널 핵심은 거의 수정 없음

CPU-specific 코드만 교체

구조

MI microkernel

└─ MD arch layer (MMU, IRQ, context switch)

Userland servers (OS 기능)

차이점

NetBSD: monolithic kernel

L4: microkernel (OS 기능은 전부 userland)

---

✅ 2. MINIX 3

공통점

장치 드라이버와 커널 분리

MI/MD 코드 엄격 분리

재시작 가능한 드라이버 구조

특징

NetBSD userland 일부 공유

교육용 출신 → 구조가 매우 정갈

x86 / ARM 포팅이 비교적 단순

차이

성능보다 안정성·복구성 우선

드라이버가 전부 userland

---

✅ 3. FreeBSD (초기 설계는 매우 비슷)

공통점

MI/MD 소스 구조 유지

bus_dma / bus_space 개념 공유

pmap 인터페이스

차이

지원 아키텍처 수 훨씬 적음

서버 성능에 최적화

이식성보다 실용성 중시

NetBSD의 보수·현실적 버전

---

✅ 4. GNU Hurd (Mach 기반)

공통점

커널은 hardware abstraction만 담당

OS 기능은 모듈 서버화

차이

구조는 이상적, 현실성은 낮음

포팅보다 설계 실험 쪽에 가까움

---

✅ 5. QNX Neutrino

공통점

잘 정의된 HAL

아키텍처 의존성 극소화

실시간 OS임에도 넓은 CPU 지원

특징

자동차·산업용에서 실제 성공

POSIX 호환성 높음

---

6. Haiku (BeOS 계승)

유사점

깔끔한 HAL

MI/MD 코드 분리

차이

데스크탑 OS 목표

지원 CPU 거의 x86_64 한정

---

7. Fuchsia (Zircon 커널)

공통점

강한 hardware abstraction

아키텍처별 레이어 명확

차이

capability 기반 커널

포팅을 위한 범용성보단 보안 중심

---

“비슷해 보이지만 사실 다른” 예

OS 이유

Linux 포팅은 가능하지만 abstraction이 느슨

Zephyr HAL은 있으나 MCU 중심

Windows NT HAL 존재하지만 폐쇄적

RTEMS 구조는 단순하지만 확장성 제한

---

비교 요약표

OS Portability 설계 유사도

NetBSD MI/MD + 모듈화 추상층 ★★★★★

L4 / seL4 최소 커널 + HAL ★★★★★

MINIX 3 MI/MD + 서버화 ★★★★☆

FreeBSD MI/MD ★★★☆☆

QNX HAL 중심 RTOS ★★★★☆

Fuchsia 현대식 abstraction ★★★☆☆

---

한 문장 요약

> NetBSD와 유사한 OS는 “단순히 여러 CPU에서 돌아가는 OS”가 아니라,

이식성 자체를 커널 구조의 1급 목표로 삼은 시스템들이다.

---

원하시면:

“NetBSD vs Linux 이식성 구조를 코드 레벨로 비교”

“새 OS 만들 때 어떤 portability layer를 설계해야 하나”

“임베디드용으로 이 구조를 축소 적용하는 방법”

중에서 골라서 더 파볼까요?

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