커널 모듈과 lsmod — 동적으로 확장되는 Linux 커널의 구조

지난 글에서 initramfs가 실제 루트 파일시스템을 마운트하기까지의 과정을 살펴봤습니다. 부팅 중에 initramfs가 디스크 드라이버나 파일시스템 드라이버를 동적으로 불러오는 장면이 있었는데, 그 핵심 메커니즘이 바로 **커널 모듈(Kernel Module)**입니다.

커널 모듈 아키텍처

커널 모듈이란

Linux 커널은 모놀리식(monolithic) 구조이면서도 동적 확장을 지원합니다. 모든 드라이버를 커널 본체에 정적으로 포함시키면 메모리 낭비가 심해지므로, 필요할 때만 메모리에 올리는 방식으로 설계됐습니다.

커널 모듈은 .ko(Kernel Object) 확장자를 가진 바이너리 파일입니다. /lib/modules/$(uname -r)/ 디렉터리 아래에 커널 버전별로 관리됩니다.

# 현재 커널 버전 확인
uname -r
# 6.8.0-51-generic

# 해당 버전 모듈 경로 확인
ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/ | head -10
# acpi  ata  bluetooth  gpu  hid  input  net  scsi  usb ...

lsmod — 현재 로드된 모듈 목록

lsmod는 현재 커널 메모리에 올라와 있는 모듈 목록을 보여줍니다. 내부적으로는 /proc/modules를 파싱해서 보기 좋게 출력합니다.

lsmod
# Module                  Size  Used by
# ext4                  974848  2
# mbcache                16384  1 ext4
# jbd2                  147456  1 ext4
# e1000e                315392  0
# usbcore               286720  8 uhci_hcd,ehci_hcd,...

lsmod 출력 해부

컬럼별 의미:

컬럼	설명
Module	모듈 이름 (.ko 제외)
Size	메모리 점유 크기 (bytes)
Used by	참조 카운트 + 의존 모듈 목록

Used by가 0이면 아무도 사용하지 않으므로 안전하게 언로드할 수 있습니다. >0이면 의존 모듈이 있거나 하드웨어가 활성 상태라는 의미입니다.

# /proc/modules 원본 형식 확인
cat /proc/modules | head -5
# ext4 974848 2 - Live 0xffffffffc0a00000
# jbd2 147456 1 ext4, Live 0xffffffffc09c0000

insmod — 모듈 직접 삽입

insmod는 .ko 파일 경로를 직접 지정해 모듈을 로드합니다. 의존성을 자동으로 해결하지 않으므로 의존 모듈을 먼저 직접 로드해야 합니다.

# 절대 경로로 직접 삽입
sudo insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net/e1000e/e1000e.ko

# 로드 확인
lsmod | grep e1000e

의존성 문제로 실패할 경우 커널이 에러를 반환합니다:

sudo insmod nvidia.ko
# insmod: ERROR: could not insert module: Unknown symbol in module

rmmod — 모듈 제거

rmmod는 로드된 모듈을 메모리에서 제거합니다. Used by > 0이면 제거가 거부됩니다.

# 모듈 제거
sudo rmmod e1000e

# 강제 제거 (비권장)
sudo rmmod -f e1000e

-f(force)는 위험합니다. 하드웨어가 해당 드라이버를 사용 중일 때 강제 제거하면 시스템이 불안정해질 수 있습니다.

모듈 정보 조회 — modinfo

모듈을 로드하기 전에 정보를 확인하려면 modinfo를 사용합니다.

modinfo ext4
# filename: /lib/modules/.../kernel/fs/ext4/ext4.ko
# description: Fourth Extended Filesystem
# author: Remy Card, Stephen Tweedie, ...
# license: GPL
# depends: mbcache,jbd2
# vermagic: 6.8.0-51-generic SMP ...

depends 필드가 핵심입니다. insmod 사용 시 이 의존 모듈들을 먼저 로드해야 합니다.

의존성 그래프 확인

# 모듈 의존성 데이터베이스
cat /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep | grep ext4
# kernel/fs/ext4/ext4.ko: kernel/fs/jbd2/jbd2.ko kernel/fs/mbcache.ko

# depmod — 의존성 DB 재생성
sudo depmod -a

modules.dep 파일은 depmod 명령이 생성하며, 커널 업데이트 후 자동으로 재생성됩니다.

자동 로드 설정

부팅 시 특정 모듈을 자동으로 로드하려면 /etc/modules-load.d/ 아래에 설정 파일을 작성합니다.

# /etc/modules-load.d/custom.conf 예시
echo "loop" | sudo tee /etc/modules-load.d/loop.conf

# 블랙리스트 (로드 금지)
echo "blacklist nouveau" | sudo tee /etc/modprobe.d/blacklist-nouveau.conf

요약

.ko 파일                 lsmod (조회)
    |                        |
    v                  /proc/modules
insmod ──────────────→ 커널 메모리 로드
                             |
rmmod ←──────────────── Used by == 0?

커널 모듈은 Linux의 유연성을 뒷받침하는 핵심 기제입니다. lsmod로 현황을 파악하고, insmod/rmmod로 수동 제어하며, 다음 글에서 살펴볼 modprobe는 이 과정을 자동화해 줍니다.

지난 글: initramfs — 임시 루트 파일시스템의 역할과 커스터마이징

다음 글: modprobe와 modinfo — 의존성을 고려한 모듈 관리

읽어주셔서 감사합니다. 😊