自作OSとかLinuxカーネルについて役立ちそうな本

はじめに

なんらかの理由によってOSやOSカーネルに興味を持つ人は多々います。しかし、その次のステップとしてどんな本を読めばいいんだろうと思っている人はこれまたいっぱいいます。そこで、長年Linuxカーネルにかかわってきた筆者がこれまでに読んでよかったと思うものについてここの列挙しました。紹介するのは本だけであって、記事は省いています。

OSそのものに興味を持った人は、その後に興味の方向が次のような二つに分かれることが多いと筆者は考えています。

• オレオレOSを作りたい
• 既存のOSを改造したい

この仮説をもとに、それぞれについて筆者がかつて真面目に読んだ本の中から「自作OS」および「Linuxカーネル」というキーワードでよかったものを挙げておきます。Linux以外の既存OSについては語れるほどの知識はないので書いてません。

筆者について

本の良し悪しは人によってさまざまなので、筆者がどういうスキルセット、好みを持った人なのかを最初に書いておきます。わたしにとっての良書はみなさんにとっての悪書かもしれません。

• 3年くらい前まで10年以上Linuxカーネル開発、サポートをしていた
• 最近は枯れているdistributionカーネルのトラブルシューティングが中心。最新のカーネルについてはたまに興味のある最新機能を評価したりパッチ投げたりしてるだけ
• 技術書は要点だけ説明していて後は自分でやってね、という本が好み
• 分厚くて記述の粒度が細かい本は苦手
• 文字より図やグラフを多用した説明を好む

自作OS本

30日でできる! OS自作入門

この界隈で一番有名な本。通称「30日本」。ブート処理を実装して画面を出してその他諸々やって、後は好きなようにしてね！というやつです。この本当に好きなようにした人が多くて本書をきっかけとして多数のオレオレOSが生み出されました。

本の中のかなり早い時期にWindowsのような画面を出して見た目に訴えようとしたり懇切丁寧な書き方にしていたりと、「なんとか最後まで読んでもらおう」という気配りがされていますので、やる気さえあれば挫折率は低いかと。この手の本は「書いてることは合ってるし、これを読み通せばOSを作れるようになるんだろうけど読み通すのが非常につらい」というものが多いので、読んだ当時は非常にびっくりしました。本書を小学生のときに読んでそのままOSオタクになった人たちもいるので小学生でも読めるのかもしれません。

長所はそのまま短所にもなります。いわゆる世間一般でいうOSよりかなり機能が絞り込まれているので、この本を読んだ後は他の本によってさらにステップアップを目指すことになるでしょう。

12ステップで作る組込みOS自作入門

その名の通り組み込みOSを作るための本です。ネット経由で買える安い組み込みボード上に簡単なOSを書いています。作ったときの見た目の派手さは30日本に軍配が上がりますが、こっちのほうが一般にイメージされているOSに近いです。「コンソールに文字出せた！」ということで喜べる人はこっちのほうがいいかもしれません(私は30日本よりもこっちのほうが好きです)。

筆者は本書を見たときにPC上に簡単なOSを実装できる程度の知識はあったものの、それ以外については全く知識が無かったので、「なるほど組み込みボードはPCとこんな風に違うのね」と非常に興味深く読んだと記憶しています。

オペレーティングシステム 第3版

いわゆるタネンバウム本です。5000行くらいでUNIX、Linuxっぽいカーネルを実装しています(「Linuxっぽい」とかいうとタネンバウム先生に怒られそうですが、読者目線であえてこう書いています)。OSとは何であるか、昔はこうであったなどのトリビアも非常に楽しめました。ただしけっこう記述がお堅いのと物理的にデカいのが難点です。

真面目に読みこなすと自作カーネルの上でUnix系OSのコマンドが動かせるようになるので、けっこう感動すると思います。

最後にひとつ。ネット上には「タネンバウム本は古すぎる」という記載が多々ありますが、それらは主に旧版に対する指摘です。三版の内容はけっこうモダンです。

Linuxカーネル

最初に言っておくと私が紹介する本はすべてかなり古いです。なぜなら私がLinuxカーネルの本を積極的に探してたのは数年前までで、その後はLKML(Linux開発の中心となっているメーリングリスト)を追ったり、何かあれば直接ソース見たりしてたので、新しめの本がどうかは知らないからです。ではこれから紹介する本が役立たないかというと決してそうではないと思います。たしかに実装がガラっとかわってしまっているものもあるのですが、変わっていないところも多々あるので、これらは現在のカーネルを理解するのにも非常によい助けになるはずです。

Linux Kernel Development 3rd edition

カーネルとは何か、カーネル開発とは何か、ユーザプログラム開発と何が違うのかをざっと説明した後にLinuxの実装について細かくソースの説明ではなくコアとなる構造体やロジックについて述べています。平易で読みやすくてそれほど分厚くないというのもポイント高いです。

わたしはこの本でLinuxカーネルに入門しました。カーネルとは何かというのを概念的にはざっと知っていたものの具体的にはどんなものかわかっていなかった、という本記事の読者のような状態で読んだところ、十分に理解できたと記憶しています。とてもいい本です。

詳解Linuxカーネル

世間的に「Linuxカーネルといえばこれ」という本。いろんなことを事細かに説明してあるので、概要より詳細を知りたいという人にはいいと思います。まじめに前から順番に読むというよりは「この関数は何をするためのものだろう」と目次を引いて調べる…というように辞書的に使うのがよいかもしれません。

細かいところはどうでもいいという人はソースを一行一行説明しているようなところをさくっと読み飛ばすと実はそんなに読むのに時間はかかりません。

Linuxカーネル2.6解読室

説明の粒度的にはLinux Kernel Developmentと詳解Linuxカーネルの間にあるような本です。個人的にはLinux Kernel Development, Linuxカーネル2.6解読室、詳解Linuxカーネルの順番で読むとよいと思います。

私は駆け出しのカーネルエンジニアのときにずいぶんと本書のお世話になりました。最大の問題は絶版になっているのか新刊が手に入らないことでしょう。中古高い。

スーパーユーザーなら知っておくべきLinuxシステムの仕組み

システム管理者用とおもいきや、3～6章では電源を入れてからブートローダ、カーネル、initと起動していくまでの流れを書いてくれていたり、デバイスの検出、アクセスについて突っ込んだことを書いていたりと、カーネルレイヤまで突っ込んだことを書いています。ただし説明がかなり簡素なので、後述する「Linuxのしくみ」を読んだ後にこの本を読むと、より理解が深まると思います。

番外編

［試して理解］Linuxのしくみ　―実験と図解で学ぶOS、仮想マシン、コンテナの基礎知識【増補改訂版】(自分が書いた本)

上記の書籍を使ってOSカーネル、とくにLinuxカーネルについて勉強してきた中で「OSカーネルの学習は、前提知識が多すぎて、よほどの熱意がないと学ぶのが辛い。もう少し入門しやすい書籍があれば昔の私は嬉しかっただろうな、今の人にもいいだろうな」という思いは日に日に強まっていきました。そんなときにちょうどよく2017年に一時的に無職になったので、ここぞとばかりに書いたのがこの本です。

この本はカーネルがどういうものかについてソースコードをはじめとする実装詳細に触れず、専門用語をなるべく使わず、実験と図解によって明らかにするというものです。Linuxをユーザとして使ったことがある人で、かつ、とりあえず難しいことは置いておいてカーネルとは何ぞやというさわりの部分を知りたいかたはお読みいただければ幸いです。

さて、「Linuxのしくみ」があれば全て解決か…というと、そうではありません。この本の内容を全て理解したとしても、本記事で触れてきた他の本を読みこなすためには依然相当の熱意が必要です。このギャップを埋める本を書きたいなと思ってから、はや数年。残念ながらまだ執筆が手つかずの状態です。今後時間と気合が許せば少しづつでも書いていきたいと思います。

おわりに

これまでに述べたものはあくまで数年間この手の本を真面目に読んでいない筆者が良いと思ったものなので、今はもっといいのがあると思います。「わたしはこの本が好きだ！」とかいうのがあればコメント欄に書いていただけると私やこの記事を見た人が喜ぶかもしれません。一つ確実に言えるのは、少なくともLinuxカーネルについては現在(昔もだけど)日本語より英語の情報が圧倒的に多いことです。まじめに取り組みたいなら英語を恐れるなかれ、です。