에뮬레이션
에뮬레이션 (Emulation)은 한 컴퓨터 시스템(하드웨어 및/또는 소프트웨어)이 다른 시스템의 작동 방식(behavior)을 모방하여, 원래 시스템에서 실행되도록 설계된 소프트웨어를 모방하는 시스템(에뮬레이터)에서 실행할 수 있도록 하는 과정 또는 기술을 의미한다. 쉽게 말해, 특정 장치나 프로그램의 기능을 다른 장치나 프로그램이 똑같이 흉내 내는 것이다.
개요
에뮬레이션은 주로 구형 하드웨어에서만 실행되던 소프트웨어를 현대의 하드웨어에서 실행하거나, 특정 운영체제나 아키텍처용으로 만들어진 소프트웨어를 다른 운영체제나 아키텍처에서 사용하기 위해 활용된다. 에뮬레이터는 원본 시스템의 중앙 처리 장치(CPU), 메모리, 입출력 장치(그래픽, 사운드, 컨트롤러 등) 등 하드웨어의 작동을 소프트웨어적으로 재현한다.
이는 단순히 프로그램을 변환하거나 소스 코드를 수정하는 것과는 다르며, 원본 시스템의 전체적인 환경과 상호작용 방식을 모방하는 데 중점을 둔다.
원리
에뮬레이터는 호스트 시스템(에뮬레이터가 실행되는 현재 시스템) 위에서 게스트 시스템(모방하려는 원본 시스템)의 작동을 소프트웨어적으로 구현한다. 주요 작동 방식은 다음과 같다.
- 명령어 번역: 게스트 시스템 CPU의 기계어 명령어를 읽어 호스트 시스템 CPU가 이해하고 실행할 수 있는 형태로 번역한다. 이는 인터프리터 방식(한 번에 하나씩 번역 후 실행)이나 동적 재컴파일(JIT 컴파일, 실행 시점에 명령어 블록을 호스트 코드로 번역) 방식으로 이루어질 수 있다.
- 하드웨어 시뮬레이션: 게스트 시스템의 메모리, 그래픽 처리 장치, 사운드 카드, 입출력 컨트롤러 등 다양한 하드웨어 장치의 동작을 소프트웨어적으로 모델링한다. 예를 들어, 게스트 시스템이 특정 하드웨어 레지스터에 쓰기 명령을 보내면, 에뮬레이터는 이 명령을 가로채어 호스트 시스템의 해당 동작을 수행한다.
- 시스템 환경 재현: 게스트 운영체제가 사용하는 시스템 호출이나 인터럽트 처리 방식 등을 모방하여 게스트 소프트웨어가 정상적으로 작동할 수 있는 환경을 제공한다.
목적 및 활용
에뮬레이션은 다양한 목적으로 활용된다.
- 소프트웨어 보존: 단종되거나 구하기 어려운 하드웨어에서 실행되는 게임, 응용 프로그램 등을 현재 시스템에서 실행하여 디지털 유산을 보존한다.
- 소프트웨어 개발 및 테스트: 개발자들이 실제 장비 없이 다양한 환경(다른 운영체제, 구형 하드웨어 환경 등)에서 소프트웨어를 테스트할 수 있도록 한다. 특히 모바일 애플리케이션 개발 시 PC에서 스마트폰 환경을 에뮬레이션하는 경우가 많다.
- 레거시 시스템 활용: 더 이상 유지보수되지 않는 구형 시스템용으로 개발된 업무용 소프트웨어 등을 새로운 시스템에서 계속 사용해야 할 때 활용된다.
- 크로스 플랫폼 호환성: 다른 CPU 아키텍처나 운영체제용으로 만들어진 소프트웨어를 실행한다.
관련 개념과의 비교
- 시뮬레이션 (Simulation): 특정 시스템이나 프로세스의 행동 방식을 모델링하여 분석하거나 예측하는 데 중점을 둔다. 에뮬레이션은 시뮬레이션의 한 형태지만, 특히 원본 시스템에서 실행되는 소프트웨어를 그대로 실행 가능하게 만드는 것에 초점을 맞춘다.
- 가상화 (Virtualization): 하나의 물리적 하드웨어 자원을 논리적으로 분할하여 여러 개의 가상 환경(가상 머신)을 만드는 기술이다. 가상화는 종종 에뮬레이션을 포함할 수 있으나, 네이티브 가상화(같은 CPU 아키텍처에서 하드웨어 보조 기능을 사용하는 경우)는 에뮬레이션 없이도 이루어질 수 있다. 가상화는 일반적으로 전체 운영체제를 실행하는 데 중점을 두는 반면, 에뮬레이션은 특정 하드웨어 시스템의 동작을 모방하는 데 더 집중할 수 있다.
- 호환성 레이어 (Compatibility Layer): 특정 운영체제의 API 호출 등을 다른 운영체제의 API 호출로 변환해주는 방식이다. 원본 소프트웨어의 바이너리 코드를 수정하거나 하드웨어를 직접 에뮬레이션하지는 않으며, 주로 같은 CPU 아키텍처 상에서 작동한다. (예: Wine은 Windows API 호출을 리눅스 API 호출로 변환하는 호환성 레이어이지 완벽한 하드웨어 에뮬레이터는 아니다.)
예시
- 과거의 게임 콘솔(NES, SNES, PlayStation 등) 게임을 PC에서 실행하기 위한 에뮬레이터
- 아케이드 게임 시스템을 모방하는 MAME와 같은 에뮬레이터
- 구형 컴퓨터(Apple II, Commodore 64, MS-DOS 등) 환경을 현대 OS에서 재현하는 에뮬레이터
- PC에서 Android 운영체제 환경을 구동하여 모바일 앱을 테스트하는 Android 에뮬레이터
한계
에뮬레이션은 몇 가지 한계를 가진다. 원본 시스템의 복잡성으로 인해 완벽한 에뮬레이션은 어렵거나 불가능할 수 있으며, 이로 인해 소프트웨어 호환성 문제가 발생할 수 있다. 또한, 소프트웨어로 하드웨어의 모든 동작을 모방하는 과정은 많은 연산 능력을 요구하므로, 원본 하드웨어보다 훨씬 강력한 호스트 시스템이 필요할 수 있으며 그럼에도 불구하고 성능 저하가 발생할 수 있다.