[ROS2] ROS2의 기초. 정의부터 기본까지 (1) (면접준비용 및 자기소개서용 복습)

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0. 서론

 취업 준비함에 있어서, 필자의 기록용으로 남긴다.

이 글을 검색해서 타고 들어오는 분들도 아마 취업준비생이거나, 공부를 시작하려는 사람일것이라 상정하고 글을 시작한다.

 

필자도 오랜만에 ROS2를 만지기에 기억이 안날 수 있음을 양해 바란다.

다만, 그렇다고 초보는 아니다. ROS2를 활용해 다양한 경진대회에서 육굼참모총장상을 비롯해 꽤나 다양한 곳에서 수상했었다.

 

세상 모든 취준생과 대학생들 파이팅이다.

 

참고로, 바쁜사람들은 2번부터 보면 된다.

 

1. 정의

ROS의 정의 자체는 

Robot Operating System이다.

그래서 이게 OS인가? 아니다. 이걸 오해하면 안된다.

 

ROS2는 철저하게 middle ware이므로 이를 헷갈리면 안된다.

정확하게 말하자면,

 

 

로봇 및 분산 임베디드 시스템을 위한 미들웨어 프레임 워크

 

 

인데, 조금 더 자세히 기술해보자면,

 

"로봇을 구성하는 여러 소프트웨어 모듈(센서처리, 제어, 인식, 통신 등)을 표준화된 통신 구조와 개발 규칙으로 연결해주는 분산 시스템 기반 소프트웨어 프레임워크"

 

이다. 

ROS2는 기본적으로 OMG에서 정의한 DDS middleware이고 framework이다.

 

말이 어려울 수 있는데,

middleware는,

OS와 Application 사이에서 통신, 데이터교환, 동기화, 분산처리를 담당하는 software 계층이다. 필자가 나중에 이 software, hardware layer에 대한 포스팅을 한다면 바로 여기 밑에 남겨두겠다.

 

DDS(Data distribution Service)는,

우리 한쿡말로 데이터 분산 서비슨데, 분산 시스템에서 실시간성, 신뢰성, 확장성을 보장하기 위해 "데이터 중심"의 퍼블리시-서브스크라이브 모델을 제공하는 "표준 미들웨어"이다.

 이 말에도 킥이 몇개 있는데, "데이터 중심(Data-Centric)"이라는 말도 중요하다. 아래 사진과 같이 정리할 수 있다.

메시지 중심은 그냥 A -> B 같은 느낌인데,

데이터 중심은 "우리 시스템에 이런 데이터가 존재해!!"하고 외치면, 그걸 구독중인 친구가 읽어들이는 방식이다.

 

말이 너무 길어지니 나머진 짧게,

OMG는 object management group으로, UML같은 분산 시스템과 SW아키텍처 표준을 정해주는 국제 표준화 단체다. 이런게 표준이 있어야 사람들이 쓰기 편하다.

 

프레임워크는, 애플리케이션 전체 구조와 실행흐름을 미리 정의해두고, 개발자는 필요 로직만 구현할 수 있게 도와주는 개발환경이다. ROS2도 그렇다.

 

 

 

 

 

1.1 ROS? ROS2?

ROS2가 뭘까?

일단, "2" 라는건, 1도 있다는 얘기다.

 

근데 ROS2라고 굳이 부르는 이유는 간단히, 너무 많이 다르기 때문이다.

 

사실 필자는 ROS1이 ubuntu 20.04 후로 나오는 우분투에서 지원이 안되길래 진작에 지원 종료된줄 알았다.

다만, 정보를 좀 찾아보니, ubuntu 20.04로 들어가는 ROS noetic이 2025년 5월에 지원 종료됐다 하더라.

ROS 배포판	출시	Ubuntu ver	EOL(지원종료)
Kinetic	2016.05	16.04	2021.04
Melodic	2018.05	18.04	2023.04
Noetic(최후)	2020.05	20.01	2025.04

 

암튼 ROS1을 정리하면 이런느낌인데, 사실 ROS1이라고 따로 부르지 않고 그냥 ROS라고 한다. 다만, 1장에서는 헷갈릴 수 있으니 ROS1이라고 기술하겠다.

 

ROS2가 Ubuntu 20.04부터 적용이 되어버려, ROS1은 최후가 melodic이라고 알고있는 사람이 많을 것이다.

필자는 처음부터 ROS2 Humble로 시작해버려서 잘을 모르겠다.

 

그래서 ROS1과 ROS2의 차이가 뭐냐?

아래와 같은 차이가 있어, ROS1과 ROS2는 거의 완전이 다른 플랫폼으로 본다.

 

1.2 ROS1과 비교했을 때, ROS2의 특징

사실 내용을 많이 뺐다. 중요 포인트만 집을 수 있게.

ROS1은 DDS로, ROS 자체의 DDS를 사용한다. 또한, Application에 Master Node가 있어, 여기서 노드들을 관리한다. 그래서 ROS1은 그 자체로 middleware라고 보기에 조금 애매했다.

 

근데 ROS2는 모두 middleware로 뺐고, master Node도 사라졌다.

또한, OS도 Linux뿐만이 아니라 windows, macOS, RTOS도 가능하다.

 

ROS1도 가능했던거 같은데, 통신만 잘 잡아두면 아두이노 자체를 하나의 노드로 볼 수도 있다.

 

 

 

 

ROS2는 ROS1의 한계를 극복하기 위해 처음부터 다시 설계되었다.

 

ROS는 사실 "연구용 프레임워크" 정도였으나, ROS2로 실제 현장에 투입 가능한 로봇 미들웨어로 재탄생 되었다.

 

이런 ROS2가 만들어질 때, 핵심 목표는 

• 실시간성 지원
• 분산 시스템에 강한 구조
• 산업, 상용 환경 대응
• 보안
• Multi OS 지원

이었고, 이는 ROS2 구조에 여실히 묻어난다.

 

 

2 ROS2 구조의 핵심 

ROS2는 단순한 라이브러리 같은게 아니다.

 

1. 노드 기반 분산 구조
2. 느슨한 결합(Loose Coupling)
3. 분산시스템 전제

 

 

2.1 노드 기반 분산 구조

ROS2의 시스템은 여러개의 노드(Node)로 구성된다.

 

✓ 하나의 노드 = 하나의 역할

✓ 센서처리, 제어, 판단을 분리

✓ 독립적 실행 및 재시작 가능

 

이렇게되면 뭐가 이점이냐?

-> 각 센서별로 맡고있는 각각의 노드가 있고, 이들이 Publish만 해주면, 시스템 안에서 이 정보가 발행된다!

-> 센서에 전처리가 필요하면, 해당 노드에서 이를 수행하고 Publish 하면 된다!

-> 만일 내가 예상한 동작이 아니라면, publish된 정보를 내가 읽어봐도 되고, 필요한 노드만 켜고 끌수가 있다!

 

 

한마디로, 디버깅에 용이하고, 유지보수도 쉬우며, 기능단위 테스트가 가능하다는 것.

 

 

기능단위 테스트가 가능하다는건 좀 중요하다.

필자는 최근에 방산SW개발 관련 교육을 들었었는데, V프로세스에 따라 개발하기위해서는 기능단위 테스트가 있어야 하는데, 이렇게 기능단위 테스트가 가능하면 이 테스트가 편해진다.

 

또한, 기능단위 테스트를 이 방산SW개발 관련 교육을 들으면서 처음 해봤는데, 다른 여타 프로젝트에서 이 기능단위 테스트를 해야겠다고 생각이 들었다. 각 기능별 성능을 확인할 수 있기에, 어떤 노드가 성능을 얼마나 먹고있는지 알 수 있다.

 

 

 

 

2.2 느슨한 결합(Loose Coupling)

느슨한 결합.. 이거 면접에서도 들은 바 있다... 느슨한 결합이 뭐냐고 묻더라. (WPF의 MVVM)

 

이미 상술했지만, 노드간에는 직접 호출 없이 없다.

이게 어쩌라고..? 싶을 수 있는데,

 

 

✓ 송신 노드는 수신 노드를 몰라도 됨

✓ 수신 노드는 송신 노드를 몰라도 됨 

 

이런 느낌이다. 그러니까.. "데이터기반" 같은 느낌이다.

 

 

2.3 분산 시스템 전제

ROS2는 처음부터 분산시스템을 전제로 설계되었다.

따라서 아래와 같은 이점이 있다.

 

✓ 다중 CPU사용

✓ 다중 OS에서 사용

✓ 다중 네트워크 사용

 

이런 경우가 존재해도 동일하게 작동한다.

진짜로 Linux와 Windows과 MacOS를 한번에 써도, 같은 시스템으로 동작한다.

 

 

 

3. 마무리 및 다음글

필자는 각 기능별 노드를 분리해서 (Topic, Service, action)을 사용해 프로젝트를 했었다.

근데 첫 프로젝트에서는 단순히 "노드 분리"만 되면 멀티스레드일줄 알았다 ㅋㅋ

아니더라.. 기본적으로 run() 돌리면, 가장 기본인 Single Thread로 돌아가게 되고, 이게 노드가 여러개여도 하나의 스레드로 돌아간다. 그래서 다중 스레드로 돌릴 수 있게 하는 함수가 따로 있고, 

 

만약 다중 노드를 싱글스레드로 돌리게되면? Linux의 기본 스케쥴링인 CFS로 돌아가게 된다.

 

다음 글에서는 Topic, Service, action등 노드와 노드의 기본 사용에 대해 포스팅 할 예정인데, 글이 추가되면 이 밑에 링크를 남겨두겠다.

 

 

 

 

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25.12.13 집필