2019/09/18

OSのカーネルを理解するには?

OSのカーネルを理解したいと昔から考えていました。このように考えている人は世間に多いようで、いろいろな書籍が出ていますし、Webにも情報が溢れています。しかし、まがりなりにも最後まで到達したという情報は少なく、多くは三日坊主です。

またOSの選択も多様です。最も多いのがLinuxのカーネルを素材とする場合です。その他にはBSD系やUNIX V6などもありますが、あまり活発ではありません。

もう20年以上前の1996年10月30日に当時のネットニュースfj.os.bsd.freebsdに西村享さん(奈良先端科学技術大学院大学情報科学センター) が投稿した記事があり、参考になると思っています。その記事によると、FreeBSDのカーネルを読もうとした或る人物の投稿への返信として、次のように語っています。
大学院生のソース読み輪講につきあったことがあるのですが、彼らも同じような非効率なアプローチを取りました。システムコールが呼ばれた時の制御の流れや、コンテキストスイッチとはCPUの何をどうすることかなど、超基本的な知識を咀嚼できてない状態で「生のOS」のソースコードに手を出すのは難がある(ひどく遠回りをするという意味)ように思います。

さらに『4.3BSDの設計と実装』を読もうとしていることに対して、次のように語っています。(原文ママ)
他の方も指摘されていますが、改訂版もでています。私は旧版新版どちらもお奨めしません。なぜなら、よく誤解されているようですが、入門書でないからです。以前comp.os.*なしがしだったかで、これらを評して「too dry」だとの発言を見たことがあります。私もまったくその通りだと思います。これらの本に書いてあることを理解するには、まずソースコードを読んでおくことが先決です。「UNIXカーネルの全体像を得る」 などという目的でこれらの本に取り組むとおそらく自滅するでしょう。それらは前提知識の範疇に含まれるように思います。

閑話休題。カーネルのソースは、LinuxでもBSD系(FreeBSD、NetBSD、OpenBSD)でも容易に入手できます。どれを読むか悩むところですが、個人的にはBSD系を選ぼうと思います。NetBSDの情報が多いような気もしますが、FreeBSDにしようかと考えているところです。

カーネルは大規模ですが、全体を区分すれば、ボリューム的に大部分を占めるのはデバイスドライバではないかと思います。またファイルシステム、ネットワークスタック、ブートストラップ、システムコールなどの構成要素に分割できると思うので、一つずつ取り組んでいけば(大変だとは思いますが)無謀な取り組みでもないと思っています。

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