컴퓨터 부팅 과정

들어가며

전원 버튼은 운영체제를 직접 켜는 스위치처럼 느껴지지만, 실제로 버튼을 누른 직후 실행되는 것은 운영체제가 아니라 그보다 훨씬 작고 단순한 프로그램이다. 전원 버튼부터 운영체제 커널이 실행되기까지, 그 사이에는 몇 단계의 프로그램이 순서대로 제어권을 주고받는 과정이 있다.

BIOS가 먼저 깨어난다

전원 스위치를 켜면 전원이 공급된다. ROM은 전원이 꺼져도 내용이 지워지지 않는 메모리로, 이 안에 BIOS(기본 입출력 시스템) 코드가 저장돼 있다. 다만 CPU는 코드를 실행하려면 그 코드가 먼저 RAM에 올라와 있어야 하므로, BIOS 코드는 ROM에 머무르지 않고 RAM으로 옮겨진 뒤 실행된다.

BIOS가 가장 먼저 하는 일은 POST(Power On Self Test), 즉 자기 진단이다. 메모리, CPU 레지스터 등 주요 하드웨어가 정상적으로 작동하는지 확인하고, 여기서 치명적인 오류가 발견되면 부팅은 그 자리에서 중단된다. 진단이 끝나면 BIOS는 하드웨어를 초기화하고, 저장장치의 첫 번째 섹터에 있는 MBR(Master Boot Record)을 읽어들일 준비를 한다.

MBR에서 부트로더로, 부트로더에서 커널로

BIOS는 저장장치의 첫 번째 섹터에 위치한 MBR에 접근한다. MBR에는 부트로더라는 작은 프로그램과, 파티션 정보를 담은 파티션 테이블이 들어 있다. 부트로더가 실행되면 운영체제가 저장된 파티션(메인 파티션)을 찾아 그 파티션 테이블을 메모리에 올린다.

이어서 부트로더는 메인 파티션의 부트 섹터에 저장된 부트 코드를 읽어들인다. 이 부트 코드가 운영체제 커널 이미지를 메모리에 올리면, 그 순간부터 CPU는 커널 코드를 실행하기 시작한다.

정리하며

전원 버튼을 누른다고 운영체제가 곧바로 켜지는 것은 아니다. 버튼이 깨우는 것은 ROM 속의 BIOS이고, BIOS는 하드웨어를 점검한 뒤 MBR 속 부트로더에게, 부트로더는 다시 커널에게 제어권을 넘긴다. 부팅 과정을 이해할 때 봐야 할 것은 각 단계의 세부 동작보다, 이렇게 한 프로그램이 다음 프로그램을 깨우고 물러나는 릴레이 구조 자체다.

컴퓨터는 어떻게 켜질까?[컴퓨터 부팅 과정]