OSカーネルに興味がある人におすすめの参考資料

OSカーネルに興味がある人におすすめの参考資料 Jun. 11th, 2023 Satoru Takeuchi twitter: satoru_takeuchi

はじめに • OSカーネルに興味がある人におすすめの参考資料を紹介 ◦ 書籍 ◦ Webサイト • 前提 ◦
PC(x86_64)上で動作させるものを想定 ▪ 一か所例外的にARMのものが出てくる ◦ Linux上で基本的なコマンド操作や Cライク言語を使ったプログラミングできる人向け ◦ 仮想化技術やコンテナ技術など高度な機能は対象外

OSカーネルへの興味といっても色々ある • 考えられるもの ◦ 自作OSを作りたい! ◦ 既存のOSカーネルを改造してみたい ! ◦ 既存OSカーネルの開発に参加したい
! ◦ 上記のものには興味がないが知識として知っておきたい ! ◦ その他 • 本書が対象とするもの ◦ 自作OSの作成 ◦ Linuxの改造 ◦ Linux開発への参加(ちょっとだけ)

全体像コンピュータアーキテクチャの基礎知識 CPUアーキテクチャカーネル基礎知識ソフトウェアの知識ハードウェアの知識周辺機器 x86_64 デバイスドライバメモリ管理、スケジューラ、ファイルシステム
… キーボードディスク NIC … やりたいこと独自OSを作る Linuxを改造する Linux開発に参加する

興味を持続させるコツ • 必ずしも全部理解しなければいけないというわけではない • 作りたいものによってはさほど知識が必要ないものもある ◦ 難しいことしなければカーネルのほとんどには機能ハードウェアの知識は ”それほど”必要ない ▪ 難しいことの例:
性能向上 • オープンソースを活用して既存実装を参考にしまくろう ◦ 興味ないところはライセンスが許す範囲でコピペでもいい

コンピュータの構成と設計 MIPS Edition 第6版 • https://amzn.to/3X2P475 • 網羅的だが高度で分厚い • アーキテクチャが馴染みのないMIPS
• 全部読み通すのはかなりつらい • 紹介しておいてなんだが、まずは流し読みでいい • 後続の本で不明点あれば辞書的に画像はリンク先より引用

はじめて読む486 • https://amzn.to/42AT287 • 実は32bit アーキテクチャ(x86)の本 • x86_64でも基本は変わっていないので役立つ • いきなりIntelのマニュアルを読むよりおすすめ
画像はリンク先より引用

いい本を知らないです(ごめんなさい) • 既存OSのデバイスドライバを読んで真似するのが手っ取り早い ◦ できればシンプルな自作 OSのもの • ハードウェアの仕様書だけ見ててもいきなり実装というのはキツい • 既存OSでドライバを書く本といえば「Linuxデバイスドライバ」があるが、古くて今の
Linuxだと動かない ◦ https://amzn.to/43xiJYt

Linuxのしくみ • https://amzn.to/3qDtCcD • Linuxを題材にOSカーネルが動作するしくみを説明 • 実験と図解で学ぶ • ソースコードは読まない •
カーネル機能についてのフワっとした理解ができる • これ読んでカーネルが書けるわけではない 13 画像はリンク先より引用

オペレーティングシステム • https://amzn.to/3N33kYz • OSカーネルについての基礎知識が得られる • 個々の機能が生まれた歴史的経緯なども紹介 • MINIXというOSの実装 •
絶版っぽい? • 英語版ならまだ買えるようだ 14 写真はリンク先より引用

30日でできる! OS自作入門 • https://amzn.to/3qEGCyD • 数々の自作OS開発者を生み出してきた本 • さっさとGUIやアプリを作って視覚的に楽しめる ◦ 細かいところは他の本で補足しましょう
• 説明が懇切丁寧 ◦ 中高生でも作れた人もいるらしい • x86(32bit)用 16 画像はリンク先より引用

ゼロからのOS自作入門 • https://amzn.to/43KIHYg • 30日本の後継を目指した本 • 後述のようにUEFIからのブートに対応 • 説明が丁寧なところは30日本と同様 •
C++で書かれているのでちょっと難しめか • x86_64用 17 画像はリンク先より引用

12ステップで作る組込みOS自作入門 • https://amzn.to/3CkX3Ti • 他の自作OS本よりさらに割り切ったシンプルな作り • ARMの特定のボードが必要 ◦ 今まだ手に入るかは知らないです 18
画像はリンク先より引用

ブート処理について • 「コンピュータはどうやって動き出すのか」を突き詰めると出てくるテーマ • 多くの人が興味を持ちがち • 実装は茨の道 ◦ やたらと長ったらしいコードを書かなければいけない ◦
みために訴えてこないので退屈 ◦ うまく動かなくてもデバッグがしにくい • よほど興味がなければスキップするのをおすすめ • ブートローダからブートする前提のものを作ってもいい

PCの場合 • 電源を入れたらBIOSかUEFI BIOSが起動してその後にOSかブートローダ(典型的にはGRUB)が起動するというイメージ BIOS(古いマシンで使われる ) UEFI BIOS(新しいマシンで使われる )
GRUB GRUB OS OS OS OS

PCの場合 • 電源を入れたらBIOSかUEFI BIOSが起動してその後にOSかブートローダ(典型的にはGRUB)が起動するというイメージ BIOS(古いマシンで使われる ) UEFI BIOS(新しいマシンで使われる )
GRUB GRUB OS OS OS OS 30日本を見ればわかる multibootの仕様(後述)を見る必要がある 30日本を見ればわかる「ゼロから学ぶ…」を見ればわかる

その他参考資料 • osdev wiki ◦ OS作成についての膨大な知見が集まっている • osdev-jp ◦ 仲間を探せる
◦ いろいろなイベントがあったり知見を持ち寄ったりしている ◦ https://github.com/osdev-jp/osdev-jp.github.io/wiki • opv86 ◦ x86_64命令セットの情報をIntelのマニュアルから抜き出して見やすく整形している • multibootの仕様 • xv6 ◦ 教育用のUnix

動かしながらゼロから学ぶ Linuxカーネルの教科書 • https://amzn.to/45YoIHd • 簡単にカーネルモジュールが作れる • 説明がかなり丁寧 • とりあえずはこれから始めるとよい
24 画像はリンク先より引用

Linux Kernel Development 3rd edition • https://amzn.to/3S7GNMo • ユーザプログラムとカーネルの作り方の違いを説明 •
各サブシステムのコードをやさしく解説 • 📝 わたしはこれの1版でカーネル開発に入門した 25 画像はリンク先より引用

Linux Kernel Programming • https://amzn.to/3k4S3ww ◦ part2もある • 現状たぶん一番新しいLinux Kernelの開発用の本
• 2023年10月に2版が出るらしい 26 画像はリンク先より引用

その他 • linux-insides ◦ Linuxのソースを説明している

スキルマップコンピュータアーキテクチャの基礎知識 CPUアーキテクチャカーネル基礎知識ソフトウェアの知識ハードウェアの知識周辺機器 x86_64 ARM RISC-V
デバイスドライバメモリ管理、スケジューラ、ファイルシステム … キーボードディスク NIC … … やりたいこと独自OSを作る Linuxを改造する Linux開発に参加する

その他 • Linux Kernel Newbies ◦ とにかくまずはここから画像はリンク先より引用

おわり • happy hacking!

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