마이크로소프트 윈도우 NT

윈도우 NT의 커널 구조는 하이브리드 커널로 분류된다. 이는 순수 마이크로커널의 설계 철학과 모놀리식 커널의 성능적 장점을 절충한 형태이다. 커널 모드의 핵심 구성 요소는 단일 로드 모듈인 Ntoskrnl.exe로 통합되어 있으며, 크게 커널(Kernel)과 익제큐티브(Executive)로 구분된다. 커널은 가장 낮은 수준의 프로세서 의존적인 기능, 예를 들어 인터럽트 처리나 예외 처리를 담당한다. 익제큐티브는 커널 위에 구축된 일련의 서비스 계층으로, 메모리 관리자, 프로세스 관리자, I/O 관리자, 보안 참조 모니터 등 핵심 운영 체제 서비스를 제공한다.

이러한 계층적 설계는 하드웨어 추상화 계층(HAL)과 결합되어 높은 이식성을 가능하게 했다. HAL은 하드웨어와 관련된 세부 사항을 감추고, 커널 및 드라이버가 특정 프로세서나 플랫폼에 독립적으로 작동할 수 있는 통일된 인터페이스를 제공한다. 결과적으로 윈도우 NT는 인텔 x86, DEC 알파, MIPS, 파워PC 등 다양한 아키텍처로의 이식이 용이해졌다. 커널 구조는 또한 강력한 보안 모델의 기반이 되며, 사용자 모드와 커널 모드를 엄격히 분리하여 시스템의 안정성과 보안을 강화한다.

커널 모드의 주요 구성 요소는 다음과 같다.

이 아키텍처는 데이비드 커틀러가 이전에 디지털 이큅먼트 코퍼레이션에서 작업했던 VMS와 RSX-11의 설계 개념에서 상당한 영향을 받았으며, 카네기 멜런 대학교의 Mach 마이크로커널 연구의 영향을 받아 수정 및 발전되었다.

하드웨어 추상화 계층(HAL)은 윈도우 NT 아키텍처의 핵심 구성 요소이다. 이 계층은 운영 체제의 상위 계층(커널 및 익제큐티브)과 시스템의 물리적 하드웨어 사이에 존재하는 소프트웨어 계층으로, 하드웨어 종속적인 코드를 격리하는 역할을 한다. HAL은 프로세서, 인터럽트 컨트롤러, 메모리 관리 장치 및 시스템 버스와 같은 하드웨어의 세부 사항을 추상화하여, 커널이 특정 마더보드나 하드웨어 플랫폼에 구애받지 않고 일관된 방식으로 하드웨어와 상호작용할 수 있게 한다.

이 설계의 주요 목적은 이식성을 높이는 것이다. 서로 다른 CPU 아키텍처(IA-32, MIPS, DEC 알파, 파워PC 등)나 동일 아키텍처 내에서도 서로 다른 하드웨어 구성(System-on-a-Chip, 멀티프로세서 시스템 등)을 가진 시스템에 윈도우 NT를 포팅할 때, 커널 코드 대부분을 변경하지 않고도 해당 시스템에 맞는 HAL 구현체만 새로 작성하거나 수정하면 된다. 이는 운영 체제 개발 및 유지보수의 효율성을 크게 향상시켰다.

HAL은 커널 모드에서 실행되며, hal.dll이라는 파일로 제공된다. 시스템 부팅 시 로드되는 이 DLL은 하드웨어 초기화, 인터럽트 및 예외 처리, DMA 연산, 시스템 타이머 및 시계 관리, 그리고 멀티프로세서 지원과 같은 저수준 작업을 담당한다. 결과적으로, 장치 드라이버 개발자들은 특정 하드웨어에 직접 접근하기보다는 HAL이 제공하는 표준화된 인터페이스를 통해 작업할 수 있어, 드라이버의 안정성과 호환성이 개선된다.

윈도우 NT는 이식성을 핵심 설계 목표로 삼아 다양한 프로세서 아키텍처를 지원해왔다. 초기 버전은 인텔 i860 프로세서를 대상으로 개발되었으나, 이후 MIPS R3000과 IA-32 (x86) 아키텍처로 전환되었다. 최초 출시된 윈도우 NT 3.1은 IA-32 기반 PC 호환기종과 DEC 알파, MIPS 아키텍처용으로 동시에 출시되었다.

이후 윈도우 NT 3.51에서는 파워PC 프로세서 지원이 추가되었고, 윈도우 NT 4.0까지 알파, MIPS, 파워PC를 공식 지원했다. 그러나 윈도우 2000부터는 서버 시장에서의 수요 부족 등을 이유로 IA-32 이외의 아키텍처 지원이 대부분 중단되었다. 64비트 시대에는 아이테니엄 (IA-64)과 x86-64 (x64) 아키텍처가 주로 지원되었으며, 윈도우 8부터는 ARM 아키텍처도 완전한 데스크톱 운영체제로 지원되기 시작했다.

현재 최신 버전인 윈도우 11은 x64 및 ARM64 아키텍처만을 공식 지원하며, 32비트(x86) 버전은 제공하지 않는다. 이는 윈도우 NT 계열에서 32비트 플랫폼을 지원하지 않는 최초의 비서버용 메인스트림 버전이다.

윈도우 NT 제품군의 첫 번째 버전인 윈도우 NT 3.1은 1993년 7월 27일에 출시되었다. 이 버전은 워크스테이션과 서버 시장을 목표로 했으며, 마이크로소프트의 MS-DOS 기반 윈도우와는 완전히 별개의 새로운 운영 체제였다. 수석 설계자 데이비드 커틀러가 이끈 개발팀은 DEC의 VMS와 같은 운영 체제 개발 경험을 바탕으로 안정성과 이식성을 핵심으로 설계했다. 사용자 인터페이스는 당시 인기 있던 윈도우 3.1의 프로그램 관리자와 파일 관리자를 차용하여 친숙함을 제공했다.

1994년 9월 출시된 윈도우 NT 3.5는 성능과 네트워킹 기능이 개선되었다. 특히 TCP/IP 프로토콜 스택이 기본으로 포함되어 기업 환경에서의 활용도를 높였다. 이어서 1995년 5월 등장한 윈도우 NT 3.51은 새로 출시된 마이크로소프트 오피스 95와의 호환성을 강화했으며, 파워PC 프로세서를 공식 지원하는 등 하드웨어 지원 범위를 확대했다.

1996년 8월에 선보인 윈도우 NT 4.0은 사용자 경험에 있어 큰 변화를 가져왔다. 이 버전은 윈도우 95에서 처음 소개된 시작 메뉴와 작업 표시줄, 파일 탐색기를 포함한 새로운 윈도우 셸을 도입했다. 그러나 가장 중요한 변화는 그래픽 및 인쇄 하위 시스템을 사용자 모드에서 커널 모드로 이전하여 성능을 획기적으로 향상시킨 점이다. 이는 시스템 안정성에 일부 영향을 미쳤지만, 당시 요구되던 그래픽 처리 속도를 충족시키는 데 기여했다. 윈도우 NT 4.0은 워크스테이션과 서버 에디션 외에도 터미널 서버 및 임베디드 에디션으로도 출시되었다.

윈도우 2000은 2000년 2월에 출시된 윈도우 NT 5.0에 해당하는 운영 체제이다. 이 버전은 기존의 워크스테이션용 NT와 서버용 NT 라인을 통합하여 하나의 코드 베이스로 제공했으며, 프로페셔널, 서버, 어드밴스드 서버, 데이터센터 서버 등 다양한 에디션으로 출시되었다. 액티브 디렉터리, 인텔리미러, 향상된 플러그 앤 플레이 지원 등 기업 환경을 위한 핵심 기능을 대폭 도입했고, NTFS 3.0 파일 시스템을 채택하여 암호화 파일 시스템과 디스크 할당량 같은 기능을 추가했다. 또한 인터넷 정보 서비스 5.0이 기본으로 포함되어 웹 서버 기능을 강화했다.

윈도우 XP는 2001년 10월에 출시된 윈도우 NT 5.1 버전으로, 마이크로소프트가 기업용 NT 라인과 소비자용 윈도우 9x 라인을 완전히 통합한 첫 번째 운영 체제이다. 루나(Luna)라는 코드명으로 개발된 새로운 사용자 인터페이스를 도입하여 시각적 디자인과 사용성을 크게 개선했으며, 빠른 사용자 전환, 시스템 복원, 원격 지원 등의 기능을 추가했다. XP는 홈 에디션과 프로페셔널 에디션으로 나뉘어 출시되었고, 이후 미디어 센터 에디션과 태블릿 PC 에디션 같은 특수 에디션도 등장했다. 이 버전은 매우 긴 지원 기간 동안 전 세계적으로 가장 널리 사용된 운영 체제 중 하나가 되었다.

두 운영 체제 모두 윈도우 NT의 안정적인 기반 위에 구축되었지만, 윈도우 2000은 주로 기업과 서버 시장에 초점을 맞춘 반면, 윈도우 XP는 보다 폭넓은 일반 소비자 시장으로의 성공적인 확장을 이루었다는 점에서 중요한 의미를 가진다. 윈도우 XP의 성공은 이후 모든 주요 마이크로소프트 클라이언트 운영 체제가 윈도우 NT 아키텍처를 기반으로 개발되는 토대를 마련했다.

윈도우 NT 계열의 최신 클라이언트 버전은 윈도우 10과 윈도우 11이다. 윈도우 10은 2015년 7월 29일에 출시되어 "윈도우 서비스"라는 개념을 도입했으며, 정기적인 기능 업데이트를 통해 지속적으로 발전해 왔다. 윈도우 11은 2021년 10월 5일에 출시되어 중앙 정렬된 작업 표시줄, 새로운 시작 메뉴 디자인, 향상된 멀티태스킹 기능 등 현대화된 사용자 인터페이스를 선보였다. 두 운영 체제 모두 x86-64와 ARM64 아키텍처를 지원한다.

서버 시장에서는 윈도우 서버 2019와 윈도우 서버 2022가 주요 최신 버전으로, 하이브리드 클라우드 환경, 고급 보안 기능, 컨테이너 지원에 중점을 두고 있다. 특히 윈도우 서버 2022는 보안 핵심 기능과 향상된 Azure 하이브리드 기능을 강화했다. 2024년에는 윈도우 서버 2025가 출시되어 클라우드 민첩성과 성능을 더욱 발전시켰다.

이 최신 버전들은 윈도우 NT의 근간이 되는 하이브리드 커널 아키텍처와 모듈식 설계를 계승하면서도, 현대의 컴퓨팅 요구사항인 보안, 클라우드 통합, 새로운 하드웨어 플랫폼 지원에 맞춰 진화했다. 윈도우 10과 윈도우 11은 소비자와 기업 시장을 아우르는 통합된 플랫폼을 제공하는 반면, 서버 버전은 데이터센터와 엔터프라이즈 인프라를 위한 견고한 기반을 유지하고 있다.