Munal OS - WASM 샌드박싱이 적용된 그래픽 기반 실험용 운영체제

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Rust로 완전히 구현되어 있으며, unikernel 설계와 WASM 기반 샌드박싱 보안 모델을 사용하는 그래픽 기반 실험용 운영체제
EFI 바이너리에 커널, WASM 엔진, 모든 앱이 내장되어 최소화된 구조와 독특한 시스템 호출 인터페이스를 제공
VirtIO 기반 드라이버를 통해 QEMU에서 동작하며, 입력 및 네트워크, GPU 관리가 인터럽트 없이 폴링 방식으로 구현
전역 이벤트 루프와 협동 스케줄링을 통해 단순화된 동작 구조와 애플리케이션별 자원 모니터링 기능을 지원
자체 UI 툴킷 Uitk와 내장 앱(웹브라우저, 텍스트 에디터, Python 터미널) 제공, 다양한 언어로 WASM 앱 개발 가능

Munal OS란

Munal OS는 Rust로 완전히 개발된 실험용 운영체제로, unikernel 기반 아키텍처와 WASM 샌드박싱을 조합해 새로운 OS 설계를 탐구하기 위해 만들어진 프로젝트
복잡성을 줄이고 필수 요소만 적용해, 현대적 도구로 간소화된 시스템 구조 실현을 목표로 함

주요 특징

풀 그래픽 환경 및 HD 해상도 지원, 마우스 및 키보드 인터페이스 탑재
샌드박스 방식 앱 실행, 사용자 애플리케이션의 커널 메모리 접근 차단
네트워크 드라이버 및 자체 TCP 스택 내장
커스터마이즈 가능한 UI 툴킷(Uitk) 포함, 다양한 위젯과 유연한 레이아웃, 텍스트 렌더링 지원
기본 제공 앱: 웹 브라우저(DNS, HTTPS, 기초 HTML 지원), 텍스트 에디터, Python 터미널

아키텍처

EFI 바이너리 기반 구조
- 부트로더 없이 EFI 바이너리 형태로 구동, 커널/WASM 엔진/앱이 한 파일에 내장됨
- UEFI 부트 서비스는 최단시간 내 종료, 시스템 시계 외에는 추가 활용 없음
주소 공간 관리
- 가상 주소 공간 미사용, UEFI가 남긴 identity-mapped 주소 그대로 사용
- 페이지 테이블 변경 없음. 커널 메모리 직접 보호는 WASM 샌드박싱으로 보완
드라이버와 하드웨어 지원
- PS/2나 VGA 대신, VirtIO 1.1 사양을 활용하는 PCI 드라이버 직접 구현
  - 키보드, 마우스, 네트워크, GPU용 드라이버 제공
- 인터럽트 미사용, 모든 드라이버는 폴링 방식으로 설계
- QEMU 이외의 실물 하드웨어 실행은 미지원, 향후 추가 개발 필요
이벤트 루프와 스케줄링
- 멀티코어/인터럽트 미지원, 전체 동작은 단일 전역 이벤트 루프에서 선형적 실행
  - 각 루프마다 네트워크/입력 드라이버 폴링, 데스크탑 UI 및 앱 실행, GPU 프레임버퍼 갱신
- 성능 분석 용이, 각 루프 사이클별 타임 측정 가능
- 앱은 직접적으로 CPU 점유 해제 필요, 장기 작업은 명시적으로 양보 필요
- 협동 스케줄링 기반이나, Wasmi 엔진의 fuel limit 기능을 통한 오작동 앱 강제 종료 지원 가능(미구현)

응용 프로그램 실행 구조

[Wasmi WASM 엔진] 내장, 앱 실행시 완전 샌드박싱과 커널 분리 제공
커널 차원에서 시스템 콜 API 제공, 앱에서 마우스/키 이벤트 조회, TCP 소켓 사용, 프레임버퍼 출력 등 가능
앱의 렌더링 결과는 OS가 데스크탑에 합성하여 출력
Rust 이외의 언어로도 앱 제작 가능, WASM 빌드만 지원하면 사용 제한 없음
WASI 호환성은 부분 지원. 완전 준수 아님, 주요 외부 종속성 활용을 위한 최소 구현만 포함
앱별 전용 로그 스트림(stdout 유사) , 데스크탑 ‘감사’ 뷰에서 리소스 사용량과 함께 확인

UI 툴킷(uitk)

Munal OS와 WASM 앱 모두에서 사용하는 자체 즉시모드 UI 킷
기본 위젯(버튼, 프로그레스바, 텍스트 에디트, 스크롤 캔버스) 및 삼각형 래스터라이저 제공
글로벌 스타일시트 기반 통일 스타일링, 개별 요소별 오버라이드 지원
효율적인 캐싱 시스템으로 불필요한 리렌더링 방지
- 각 영역별 “타일” 구분, Rust 뮤터빌리티 규칙 기반 변경 감지 알고리듬

빌드 및 실행 환경

Rust Nightly 2025-06-01 및 QEMU 10.0.0 이상에서 빌드 및 실행 가능

주요 참고 자료 및 크레딧

Philipp Oppermann의 Rust OS 튜토리얼 및 OSDev Wiki 문서
Wasmi, smoltcp, Rustls, RustPython 등 주요 오픈소스 활용
다양한 오픈 소스 폰트 및 아이콘, 월페이퍼 자료 사용

Munal OS의 의의 및 장점

단일 EFI 바이너리 구조와 혁신적 샌드박싱 결합으로, 기존 OS 설계 패러다임 재고
QEMU 환경 최적화 및 독특한 폴링 기반 드라이버 구조, 실 시스템 하드웨어 의존성 최소화
시스템 리소스 관리 투명성, 단순 구조에서 얻는 학습 및 실험적 가치가 큼
언어나 환경 제약 없이 WASM 앱 생태계 확장 가능성이 큼

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