1. 개요
PC 시장에서의 점유율은 Windows가 90% 이상으로 압도적이지만, 서버 시장에서는 UNIX 계열의 운영체계가 주종이고 윈도우 서버는 20-30%에 머무르고 있다. 또 Windows는 GUI는 매우 우수하나, 시스템 콘솔과 명령줄 도구들은 20년 전 MS-DOS 시대보다 크게 낫다고 하기 어려울 만큼 원시적이다. 그래서 명령줄 도구를 자주 사용해야 하는 시스템 관리자들이나 개발자들을 위해 Windows에서도 UNIX 계열의 우수한 명령어 기반 도구를 사용하기 위한 여러 방법과 솔루션이 나와 있다.Windows는 Windows 2000 시절부터 윈도우 커널 수준에서 UNIX의 POSIX 표준을 지원하는 기능을 가지고 있었다.
2. Xenix
마이크로소프트가 유닉스 계열의 OS를 판매한 건 의외로 역사가 길다. 사실 마이크로소프트가 만든 최초의 OS도 유닉스 계열이였다. 마이크로소프트는 1980년대 초에 유닉스의 초창기 버전인 AT&T system 7 소스를 인텔 286 계열 PC와 모토롤라 68000 CPU에 이식하여 제닉스(Xenix)라는 제품명으로 SCO 등과 공동으로 판매했으나, 이 사업은 결국 SCO가 전담하고 마이크로소프트는 손을 뗀 후 IBM의 권유로 DOS를 사서[1] 판매했으며, 현재의 윈도우(NT) 개발로 이어진다.3. SUA
WSL이 나오기 이전에 윈도우 XP나 윈도우 7 등에서는 Subsystem for UNIX-based Applications(aka SUA)라는 것이 있었지만, Linux와의 호환성이 부족해서 일부 서버 어플리케이션 외에는 널리 사용되지 않았다.4. Cygwin
윈도우용 Linux 에뮬레이터. 아래의 WSL(버전 1)과 흡사하나 커널 레벨에서 명령어 처리를 지원하지는 않으므로 WSL에 비해 속도는 뒤쳐진다. 공식 웹사이트 가상화 기술을 사용하는 소프트웨어가 아니기 때문에 Linux 애플리케이션을 그대로 구동할 수는 없고, Cygwin 환경에 맞게 소스 레벨에서 리컴파일이 필요하다.Cygwin의 각종 도구는 윈도우의 콘솔 창에서도 동작하지만 따로 bash shell 창이나 mintty 등의 윈도우 콘솔 에뮬레이터를 띄우면 마치 실제 유닉스 시스템에 터미널을 접속한 것처럼 쓸 수도 있다. 원시적인 윈도우 콘솔의 불편한 점을 보완해 윈도우의 범용성과 유닉스 콘솔의 편리한 점을 모두 한 PC에서 누릴 수 있다.
WSL 2가 되어서는 Cygwin과 달리 가상 머신이고 실제 Linux 커널을 사용하므로 사실상 GUI 없는[2] Linux처럼 쓸 수 있지만, 그렇다고 Cygwin이 전혀 필요없진 않다. 완전한 Linux가 필요없는 간단한 작업의 경우 가상화된 WSL보다 가볍기도 하고 호스트에 더 쉽게 접근할 수 있기 때문이다. 필요한 프로그램만 골라서 설치할 수 있다는 장점도 있다.
5. Minimal System (MSYS)
Cygwin, WSL과 더불어 현재에도 쓸 수 있는 Linux 에뮬레이터이다. 아치 Linux 기반인지 패키지를 설치할 때 Debian 계열처럼 apt나 pkg가 아닌 pacman으로 설치한다.[3] 그리고 MSYS에서 윈도우용 컴파일러 모음인 MinGW를 설치할 수 있다. MinGW에 대한 자세한 내용은 GCC 문서 참조. Cygwin과 달리 POSIX 호환성이 떨어지지만, 가벼워서 단순한 컴파일을 목적으로 한다면 MSYS도 좋은 선택이다. 여담으로, Git Bash는 MSYS를 기반으로 하고 있다.6. Windows Subsystem for Linux (WSL)
6.1. WSL 1
마이크로소프트가 2015년 11월 윈도우 10의 RS1 업데이트를 발표하며 나온 시스템. Linux의 주요 배포판인 Ubuntu의 개발사 Canonical과 협력하여 Linux 서브시스템을 NT 커널 내부에 탑재하였다. API 수준에서 Linux와 호환될 뿐만 아니라 Bash도 사용 가능하며, Linux용 ELF 바이너리를 컴파일 없이 Linux와 동일한 절차로 바로 설치해 실행시킬 수 있다. 윈도우에 기본으로 들어있는 시스템은 아니지만 Microsoft Store에서 무료로 다운받을 수 있다. 현재 Ubuntu, Debian, openSUSE, Kali Linux가 지원되고 있다.특기할 만한 점이라면 WSL은 Linux 커널을 사용하는 시스템이 아니라는 것이다. 대신 윈도우 10의 NT 커널 내부에 추가된 Pico provider 드라이버(lxss.sys, lxcore.sys)를 사용한다. Pico provider는 Bash에서 전송한 Linux 시스템 콜을 NT API 콜로 변환하거나, 반대로 NT 커널에서 처리한 결과를 Linux 시스템 콜의 반환 형식으로 변환한다. 즉, NT 커널이 Linux 커널에 대한 일종의 에뮬레이터 역할을 하는 것이다.[4][5] Linux용 ELF 바이너리는 Win32/UWP 바이너리를 위한 NT process로부터 독립된 Pico process 컨테이너 내에서 실행되며, Linux 시스템 콜의 반환 값이 이곳으로 전송된다. 이러한 시스템을 통해 ELF 바이너리를 수정 없이 WSL에서 그대로 실행할 수 있는 것이다. Wine을 역방향으로 구현한 것이라고 생각해볼 수 있다.
또한 Linux의 기존 파일 시스템을 그대로 사용하기가 어려워 MS가 자체 개발한 파일 시스템이 사용되었는데, 그 종류에는 DriveFS와 VolFS가 있다. DriveFS는 윈도우와의 상호 운용성을 지원하기 위한 파일 시스템으로서, /mnt/c 또는 /mnt/d 등으로 마운트되는 것이 특징이다. VolFS는 완전한 Linux 파일 시스템의 구현을 목적으로 하는 시스템이며, WSL의 /home, /bin , /etc 등의 디렉토리에 적용되어 있다.
Linux는 양쪽의 파일시스템을 읽을 수 있지만 윈도우는 윈도우 파일만 읽고 쓸 수 있다. 때문에 VS Code 등의 윈도우 프로그램을 사용할 때는 파일시스템 이용을 할 때에 주의가 필요하다. Linux 프로그램 설치를 할 때는 cd ~ 를 통해 Ubuntu 루트를 통한 Linux 파일 시스템을 이용하고, 직접 프로젝트 파일을 다룰 때에는 /mnt/c/ 를 통한 윈도우 파일시스템으로 나와서 작업을 해야 한다.
CLion 같은 일부 IDE는 SSH 통신을 이용하여 WSL에 설치된 컴파일러로 원격 컴파일하는 기능을 제공하는데, 이를 이용하면 '윈도우에서 개발 + Linux에서 컴파일'이라는 두 가지 환경을 동시에 구축할 수도 있다. Visual Studio Code의 C/C++ 플러그인은 설정 파일(settings.json)에
"C_Cpp.default.intelliSenseMode": "gcc-x64" 또는 "C_Cpp.default.intelliSenseMode": "clang-x64"를 추가하면 WSL에 설치된
GCC나
Clang 컴파일러를 기준으로 인텔리센스를 적용한다.정식으로 지원되는 것은 주로 사용자용 문자 콘솔 위주의 명령어들이지만 X 윈도우 서버 등 그래픽 서버를 설치하면 GNOME 등 Linux의 GUI 그래픽 어플리케이션도 지원이 되고 백그라운드에서 수행되는 daemon 프로그램도 사용할 수 있다. 다만 일부 커널 레벨의 시스템 권한이 필요한 도구들은 지원되지 않는다. systemd와 snap도 아직은 지원하지 않으니 참고할 것.
WSL 2가 발표되었지만 상당한 안정화가 되어 매우 쓸만해졌다. 아직은 WSL 2가 시험단계이므로 도전적이지 않은 사람들은 이쪽을 이용해 보는 것도 좋다.
6.2. WSL 2
2019년 6월부터 WSL 2의 베타 버전이 윈도우 참가자 프로그램을 통해 공개되었다. WSL 1과는 다르게 WSL 2는 Hyper-V 기반의 최신 가상화 기술을 이용하여 실제 Linux 커널을 직접 탑재하였다. 이에 따라 모든 시스템 콜이 완벽하게 호환되며, 성능 또한 비약적으로 상승하였다고 한다. 20H2 업데이트에 포함되어 배포되었다.WSL 2의 구조도. Hyper-V 마이크로커널 위에 윈도우의 NT 커널과 리눅스 커널이 병렬적으로 올라가서 실행된다는 것을 알 수 있다. # Windows 10 1904 Home 버전에서는 WSL 1.0이 설치되고, Build 19603부터 WSL 2.0을 설치할 수 있다.
WSL 2.0에서는 우분투의 루트 파일시스템이 ext4의 가상 하드디스크(ext4.vhdx)로 마운트된다. 이는 윈도우의 파일 탐색기에서도 WSL에 설치한 우분투의 루트 파일시스템을 수정 및 확인하는 것이 가능해진다는 뜻이다. 물론 NTFS/FAT 등 윈도우의 파일시스템도 직접 다룰 수 있다. NTFS 파일시스템으로 설치된 윈도우 C:/는 WSL에서 /mnt/c로 마운트되고, 다른 하드디스크 D:/와 E:/가 있다면 /mnt/d와 /mnt/e로 WSL에서 바로 접근 가능하다. USB 드라이브는 별도의 명령어를 통해서 마운트 할 수 있다.[6] ext4로 포맷된 별도의 드라이브 파티션은 윈도우 11 빌드 22000 이상에서부터 지원한다.
ext4 가상 드라이브로 마운트되는 WSL 2의 Ubuntu 20.04가 탐색기에서 확인되는 모습.
WSL 2 위에서 KDE 데스크탑을 실행하는 모습. KDE 데스크탑이나 GNOME 데스크탑 등을 설치해서 GUI 환경을 만들 수 있다.
그래픽 하드웨어와 같은 장치에도 액세스가 가능하다.
WSL 2.0의 성능은 MS에서 지속적으로 개선을 진행하고 있지만, 다른 VM과 동일하게 Host PC의 리소스를 활용하기 때문에 떨어지는 경향이 있다. WSL 2.0에서는 VM RAM은 윈도우의 80%, swap의 크기는 25%를 기본값으로 설정하고 있다. WSL 2.0 사용 목적에 따라서 CPU 개수, RAM 크기, swap 크기를 조정할 필요가 있다. 이는 윈도우 빌드 ID 19041 이후 버전에서 가능하고, 윈도우 사용자 폴더에 .wslconfg 파일을 생성하면 된다.
WDDM(Windows Display Driver Model) 2.9부터 DirectX 가속이 예정되어 있으며, 이를 통해 WSL에서의 GPU 가상화를 지원할 것이라고 한다.
버전 0.67.6부터 systemd에 대한 공식 지원을 시작하였다. 0.67.6 이상의 wsl을 설치한 이후 /etc/wsl.conf을 다음과 같이 수정하면 init 대신 systemd 사용이 가능하다.
[boot\]
systemd=true
systemd=true
6.2.1. WSLg
위 그림은 Microsoft 개발자 블로그에서 공개한 WSLg(WSL Graphics Architecture)의 구조도이다. #
시연영상
github
WSL로 Linux GUI 프로그램을 실행할 수 있게 하는 시스템이다.
WSLg를 사용하기 위해서는 WDDM 3.0버전을 지원하는 GPU 드라이버를 설치해야하며, 일반적으로 Windows 11이 배포된 이후 출시된 드라이버들이면 WSLg를 사용할 수 있다.
7. Windows Subsystem for Android (WSA)
8. 기타
마이크로소프트가 2019년 5월에 발표한 Windows Terminal을 사용하면 Cmd, 파워셸, WSL Bash를 하나의 콘솔 내에서 함께 사용할 수 있다. 현재 윈도우 스토어에 무료로 출시되었으며, GitHub에 소스 코드가 공개되었다.MobaXterm에서도 WSL 터미널을 지원하고 X-Server를 이용해서 GUI 프로그램 실행도 가능하다. 다만 해당 소프트웨어는 셰어웨어다. #
[1]
훗날 개발자와 그의 팀, 판권과 지적재산권도 모두 인수하여 DOS 개발도 한다.
[2]
물론 VcXsrv를 통해 사용할 수 있다. 윈도우 11부터는 WSLg를 통해 GUI도 이용 가능하다.
[3]
패키지를 설치할 때는 pacman -S <패키지명>으로 설치한다.
[4]
이는 MS Research 팀이 연구한
DrawBridge 프로젝트의 산물이다.
[5]
따라서, 에뮬레이팅 방식의 한계로 인해 WSL이 모든 Linux 시스템 콜을 처리하지는 못한다.
[6]
sudo mount -t DrvFs (드라이브명): /mnt/(드라이브명)