리눅스 커널 심층분석(개정판 3판)(에이콘 임베디드 시스템프로그래밍 시리즈 33)
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핵심 커널 시스템의 동작 방법과 그 설계 및 구현을 다룬 리눅스 커널 입문서!
《에이콘 임베디드 시스템프로그래밍》제39권『리눅스 커널 심층분석』. 이 책은 리눅스 커널의 핵심을 간결하면서도 심도있게 다루고 있다. 일반적인 운영체제에 대한 이해를 넘어, 여타 유닉스 시스템과 다른 리눅스만의 특징적인 부분에 대한 설계, 구현, 인터페이스 등을 이론과 실제 사이에서 균형감 있게 소개한다. 운영체제의 기본적인 기능인 프로세스 관리, 시스템 호출, 인터럽트 처리, 동기화, 메모리 관리, 파일 시스템, 이식성에 대한 내용 뿐 아니라, 최신 2.6 커널의 흥미로운 부분인 CFS 스케줄러, 커널 선점, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용을 상세히 다루었다.
《에이콘 임베디드 시스템프로그래밍》제39권『리눅스 커널 심층분석』. 이 책은 리눅스 커널의 핵심을 간결하면서도 심도있게 다루고 있다. 일반적인 운영체제에 대한 이해를 넘어, 여타 유닉스 시스템과 다른 리눅스만의 특징적인 부분에 대한 설계, 구현, 인터페이스 등을 이론과 실제 사이에서 균형감 있게 소개한다. 운영체제의 기본적인 기능인 프로세스 관리, 시스템 호출, 인터럽트 처리, 동기화, 메모리 관리, 파일 시스템, 이식성에 대한 내용 뿐 아니라, 최신 2.6 커널의 흥미로운 부분인 CFS 스케줄러, 커널 선점, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용을 상세히 다루었다.
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출판사 리뷰
출판사 리뷰
이 책은 리눅스 커널의 핵심을 간결하면서도 심도있게 다루고 있다. 일반적인 운영체제에 대한 이해를 넘어, 여타 유닉스 시스템과 다른 리눅스만의 특징적인 부분에 대한 설계, 구현, 인터페이스 등을 이론과 실제 사이에서 균형감 있게 소개한다. 구체적으로 운영체제의 기본적인 기능인 프로세스 관리, 시스템 호출, 인터럽트 처리, 동기화, 메모리 관리, 파일 시스템, 이식성에 대한 내용 뿐 아니라, 최신 2.6 커널의 흥미로운 부분인 CFS 스케줄러, 커널 선점, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용을 상세히 다룬다.
이 책은 커널 코드를 개발하고 작성하는 사람뿐 아니라, 운영체제에 대한 이해를 높여 좀 더 효율적이고 생산적인 코드를 작성하고자 하는 개발자에게 도움이 되도록, 리눅스 커널 설계와 구현에 대해 자세히 다룬다.
이 책에서는 리눅스 커널의 설계, 구현, 인터페이스를 비롯한 커널의 주요 하부 시스템 및 기능에 대해 자세히 다룬다. 리눅스 커널에 대한 실용적인 관점과 이론적인 관점을 모두 제공하는 이 책은 다양한 관심과 필요성을 가진 독자들의 흥미를 끌 것이다.
핵심 커널 개발자이기도 한 저자는 2.6 커널에 대한 소중한 지식과 경험을 나누고자 한다. 구체적으로 프로세스 관리, 스케줄링, 시간 관리 및 타이머, 시스템 호출 인터페이스, 메모리 접근, 메모리 관리, 페이지 캐시, VFS, 커널 동기화, 이식성 문제, 디버깅 기법 등을 다룬다. 이 책에서는 2.6 커널의 가장 흥미로운 기능인 CFS 스케줄러, 선점 커널, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용도 다룬다.
★ 개정 3판에서 달라진 내용 ★
■ 커널 자료 구조를 별도 장으로 새로 추가
■ 인터럽트 핸들러와 후반부 처리에 대한 자세한 내용
■ 커널 동기화 및 잠금에 대한 깊이 있는 설명
■ 가상 메모리와 메모리 할당에 대한 설명 보강
■ 리눅스 커널 디버깅 시 도움이 되는 기법
■ 커널 패치를 제출할 때 유용한 노하우와 리눅스 커널 공동체와 함께 일하는 방법
★ 이 책의 대상 독자 ★
이 책은 리눅스 커널을 이해하고자 하는 소프트웨어 개발자를 대상으로 쓰여졌다. 이 책은 커널 소스를 줄 단위로 설명하는 해설서가 아니다. 또한 드라이버 개발을 위한 가이드도, 커널 API 참고도서도 아니다. 이 책의 목적은 리눅스 커널의 설계와 구현에 대한 충분한 정보를 제공하여, 프로그래머가 커널 코드 개발을 시작할 수 있게 해주는 것이다. 커널 개발은 재미있고 보람찬 일이므로, 나는 독자를 가능한 한 순조롭게 이 세상으로 이끌고자 한다. 이 책은 학구적인 독자와 실용적인 독자 모두를 만족시키기 위해 이론과 응용 모두를 다룬다. 나는 항상 응용을 이해하려면 이론부터 이해해야 한다고 생각하지만, 이 책에서는 둘 사이의 균형을 맞추려고 노력했다. 여러분이 리눅스 커널을 공부하려는 동기가 무엇이든, 이 책의 커널 설계와 구현에 대한 설명이 여러분의 필요를 충분히 만족시킬 수 있기를 바란다.
이 책은 핵심 커널 시스템의 동작 방법과 그 설계 및 구현을 모두 다룬다. 중요한 부분이므로 잠시 설명하고 넘어가자. 좋은 예가 바로 후반부 처리(bottom half)를 이용하는 장치 드라이버 구성 요소를 다루는 8장 '후반부 처리와 지연된 작업'이다. 이 장에서는 (핵심 커널 개발자나 학구적인 독자가 관심을 가질 만한) 커널 후반부 처리의 설계와 구현에 대해서 다루고, (장치 드라이버 개발자나 통상적인 해커가 흥미를 느낄 만한) 커널이 제공하는 인터페이스를 이용해 실제 후반부 처리를 구현하는 방법에 대해서도 다룬다. 양측 모두 두 가지 측면의 논의가 필수적이라는 사실을 알 수 있을 것이다. 커널의 내부 작동 방식을 확실히 알고 있어야 하는 핵심 커널 개발자는 인터페이스가 실제 사용되는 방식에 대해서도 잘 알고 있어야 한다. 그와 동시에, 장치 드라이버 개발자 역시 인터페이스 너머의 내부 구현에 대해 이해함으로써 드라이버 개발 작업에 도움을 받을 수 있다.
이는 라이브러리의 API를 배우는 것과 라이브러리의 실제 구현을 공부하는 것의 관계와 비슷하다. 언뜻 보기에 애플리케이션 개발자는 API만 알면 될 것 같다. 사실 인터페이스를 블랙박스처럼 다루어야 한다고 배우는 경우가 많다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리 설계와 구현에 대해서만 신경 쓴다. 하지만 나는 양자 모두가 서로 반대편 사정을 이해하기 위해 노력해야 한다고 생각한다. 하부 운영체제를 잘 이해하는 애플리케이션 개발자는 운영체제를 훨씬 더 잘 활용할 수 있다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리를 이용하는 애플리케이션이 처한 현실과 실제 상황을 외면해서는 안 된다. 따라서 이 책이 양쪽 사람들에게 유용하기를 바랄 뿐 아니라, 책 내용 전체가 양측에 도움이 되기를 바라는 마음으로 커널 서브시스템의 설계와 구현 모두를 설명할 것이다.
나는 독자들이 C 프로그래밍에 대해 알고 있으며, 리눅스에 익숙하다고 가정했다. 운영체제 설계나 다른 전산 분야의 개념에 대한 경험이 있으면 도움이 되겠지만, 이런 개념들에 대해 최대한 많이 설명하려고 노력했다. 부족하다면, 운영체제 설계에 대한 훌륭한 책이 포함된 참고 문헌 항목을 살펴보라.
이 책은 학부 수준의 운영체제 설계 과목에서 이론을 다루는 입문서와 함께 응용 분야의 보조 교과서로 활용하기에 적합하다. 또한 이 책은 별도의 교재 없이 고급 학부 과목이나 대학원 수준의 과목에서도 사용할 수 있다.
★ 추천의 글 ★
리눅스 커널과 커널 애플리케이션 사용이 늘어남에 따라 리눅스 개발과 유지보수에 참여하려는 시스템 소프트웨어 개발자도 점점 늘어는 추세다. 이들 중에는 순전히 개인적인 관심으로 리눅스 개발에 참여하는 사람도 있고, 리눅스 기업 또는 하드웨어 제조사에서 일하기 때문에 혹은 기업 내에서 개발 프로젝트를 하기 때문에 참여하는 사람도 있다.
하지만 이들은 모두 공통된 문제에 부딪힌다. 커널을 배우는 데 걸리는 시간이 더 길어지고, 어려워지고 있다는 점이다. 시스템은 매우 크고, 더욱 더 복잡해지고 있다. 시간이 지날수록 지금 커널을 개발하는 개발자들은 커널에 대해 더욱 깊고 넓은 지식을 쌓을 수 있겠지만, 새로 참여하는 사람과의 격차는 더 벌어질 수밖에 없다.
나는 이렇게 커널 소스에 대한 접근이 점점 어려워지는 현실이 커널의 품질(quality)에 이미 문제를 일으키고 있으며, 이 문제는 시간이 지남에 따라 더 심해질 것이라고 생각한다. 리눅스의 앞날을 걱정하는 사람이라면 커널 개발에 참여할 수 있는 개발자들의 수를 늘리는 일에도 반드시 관심을 기울여야 한다.
이 문제를 해결하는 방법 중 하나는 깔끔한 코드를 유지하는 것이다. 이해하기 쉬운 인터페이스, 일관성 있는 레이아웃, '한 번에 한 가지만, 제대로 한다' 등과 같은 원칙을 지키는 일이다. 이것이 리누스 토발즈가 선택한 방법이다.
내가 추천하는 또 한 가지 방법은 코드에 많은 주석을 다는 것이다. 주석은 코드를 읽는 사람이 개발자가 개발 당시 무엇을 얻고자 했는지 이해할 수 있을 만큼 충분해야 한다. 의도와 구현의 차이를 파악하는 과정이 바로 디버깅이다. 의도를 알 수 없다면 디버깅은 어려운 일이 된다.
하지만 주석만으로는 주요 서브시스템이 어떤 일을 해야 하는지 전체를 살펴볼 수 있는 시각과 개발자들이 그 목적을 달성하려고 어떤 방법을 사용했는지에 대한 정보를 얻을 수 없다. 따라서 커널을 이해하기 위한 출발점으로는 가장 필요한 것은 잘 작성된 문서다.
로버트 러브(Robert Love)가 쓴 이 책은 숙련된 개발자만이 알 수 있는 커널 서브시스템에 대한 본질적인 이해와, 이를 구현하려고 개발자들이 어떤 일들을 했는지에 대해 알려준다. 따라서 이 책은 호기심에 커널을 공부하려는 사람들뿐 아니라, 애플리케이션 개발자, 커널 설계를 분석하려는 사람 등 많은 사람에게 충분한 지식을 제공해 줄 수 있다.
또한, 이 책은 커널 개발자가 뚜렷한 목적을 가지고 커널을 수정할 수 있는 다음 단계로 나아가는 데도 도움을 준다. 나는 이런 개발자들에게 많은 시도를 해 볼 것을 권한다. 커널의 특정 부분을 이해하는 가장 좋은 방법은 그 부분을 변경해보는 것이다. 커널을 직접 수정해보면 코드를 읽기만 할 때는 볼 수 없었던 많은 것들을 이해할 수 있다. 더 적극적인 커널 개발자라면 개발자 메일링 리스트에 가입해 다른 개발자들과 의견을 나눠 보는 것도 좋다. 이 방식이 바로 그 동안 커널 개발에 기여한 사람들이 커널을 배웠던, 그리고 계속 배우고 있는 방법이기도 하다. 로버트의 책은 커널 개발의 중요한 부분인 이런 체계와 문화에 대해서도 다룬다.
로버트의 책을 즐기고, 또 많은 것을 배울 수 있기를 바란다. 또 여러분 중 많은 사람이 한발 더 나아가 커널 개발 공동체의 일원이 되기를 진심으로 바란다. 우리는 사람을 공헌도에 따라 평가한다. 여러분이 무언가 리눅스에 기여하게 되었을 때 여러분의 작업으로 얻어진 지식도 수억 아니, 수십억의 인류에게 작지만 즉각적인 도움을 주었다고 평가받을 수 있을 것이다. 이것은 우리에게 주어진 아주 유익한 특권이면서 책임이기도 하다.
- 앤드류 모튼(Andrew Morton)
★ 저자 서문 ★
리눅스 커널에 대한 나의 경험을 책으로 펴 내리라고 처음 결정했을 때 솔직히 어떻게 해야 할지를 몰랐다. 무엇이 내 책을 이 분야의 가장 좋은 책으로 만들어줄 것인가? 나는 어떻게 하면 이 책이 특별한 책이 될 수 있을까에 대해 고심했다.
결국 커널에 대해 아주 특별한 접근 방법을 생각해 낼 수 있었다. 내 일은 커널을 해킹하는 것이다. 내 취미도 커널을 해킹하는 것이다. 내가 사랑하는 것도 커널을 해킹하는 것이다. 수년간 이렇게 지내오면서, 나는 재미있는 일화와 중요한 기법들을 모아 두었다. 내 경험을 통해 나는 어떻게 커널을 해킹하는지(그리고 그에 못지 않게 중요한) 어떻게 해야 커널을 망가뜨리지 않을지에 대한 책을 펴낼 수 있었다. 이 책의 주요 주제는 물론 리눅스 커널의 설계와 구현이다. 하지만 다른 책들과 달리 이 책은 실제 일에 도움이 되는, 그리고 일을 올바르게 할 수 있는 방법을 배우는 데 중점을 두고 있다. 나는 실용 엔지니어이고 이 책 또한 실용 서적이다. 이 책은 재미있고 읽기 쉬우며 유용할 것이다.
나는 독자가 이 책을 통해 (기록된 또한 기록되지 않은) 리눅스 커널의 규칙을 잘 이해하게 되기를 바란다. 그리고 여러분이 이 책과 커널 소스를 읽은 다음 유용하고, 제대로 동작하며, 깔끔하게 구현된 커널 소스를 작성할 수 있기를 기대한다. 물론 재미 삼아 읽는 것도 좋다.
여기까지는 1판에 대한 이야기였다. 시간이 흘렀고, 다시 한번 도전의 시간이 돌아왔다. 이번 개정 3판은 1판과 2판에 비해 많은 것이 바뀌었다. 많은 부분이 개선되고 수정되었으며, 새로운 내용도 많이 추가되었다. 이번 판은 2판 이후 커널 변화를 반영했다. 중요한 사실은 리눅스 커널 공동체가 2.7 커널 개발을 빠른 시일 내에 진행하지 않을 것임을 선언한 것이다. 대신 커널 개발자들은 2.6 커널 개발 및 안정화 작업을 계속하기로 했다. 이 결정은 많은 것을 시사하는데, 그 중 이 책과 관련해 중요한 부분은 바로 최근에 나와 있는 2.6 커널에 대한 책이 한동안 계속 그 유용함을 유지할 수 있다는 것이다. 리눅스 커널이 성숙단계에 접어듦에 따라,
앞으로도 존속할 커널의 내용에 대해 공부하는 것은 더욱 의미 있는 일이 되었다. 이 책은 리눅스 커널의 역사를 이해함과 동시에 미래를 준비하는 관점에서 커널에 대해 서술함으로써 리눅스 커널에 대한 교과서적인 책이 되기를 기대한다.
★ 옮긴이의 말 ★
잡지 부록으로 딸려온 알짜 리눅스 배포본을 가지고 사용하던 PC에 리눅스를 처음 설치해 본 때가 아련히 떠오릅니다. 그 후 제법 많은 시간이 흘렀습니다. 그 사이 리눅스는 수많은 개발자들의 자발적인 노력을 통해 진화를 거듭해 그 영역을 넓혀 왔습니다. 대부분의 인터넷 서비스가 리눅스 서버로 운영되고 있으며, 슈퍼 컴퓨터에서 손 안의 스마트폰까지 컴퓨터가 관련된 곳에서 리눅스가 쓰이지 않는 분야를 찾기가 더 어렵습니다. 제가 그 동안 해온 일들도 리눅스를 떼어 놓고는 생각할 수 없습니다.
2011년 7월, 리눅스의 창시자인 리누스 토발즈는 리눅스 출시 20주년을 기념해 리눅스의 버전 3.0을 선언합니다. 특별히 주목할 만한 큰 변경 사항이 없었음에도 주 버전을 바꾼 이유에 대해 리누스는 버전 숫자가 너무 커져서(2.6 버전은 2.6.39까지 있습니다.) 불편해서라고 밝히기도 했습니다. 그도 틀린 말은 아니었겠지만, 한편으로는 2.6 버전의 안정적인 집권이 장기간 이어짐에 따라, 이제는 리눅스 커널 완성도에 대한 자신감의 표현으로 보는 것도 타당할 것입니다. 아직 현장에서는 2.6버전을 사용한 리눅스 배포판이 많이 쓰이고, 지원도 지속되고 있습니다. 그렇기 때문에, 커널 버전 2.6.34를 주 대상으로 삼은 이 책의 내용은 3.0 버전으로 바뀐 이 시점에도 그대로 유효합니다. 저자의 말마따나 성숙 단계에 접어듦에 따라 변경의 가능성은 점점 적어지므로, 현 상태에서 얻는 지식의 유효 기간도 길어지고 있는 것입니다.
이 책은 코드를 무작정 늘어 놓고 구구절절 내용을 설명하는 책이 아닙니다. 세부 코드에 대한 내용은 과감히 생략하고, 더욱 중요한 커널의 설계 방향과 의도를 설명하는 데 집중합니다. 이 때문에 커널이나 어셈블러에 대한 경험이 없는 개발자도 쉽게 내용을 따라갈 수 있습니다. 그렇다고 해서 대충 겉핥기로 넘어가지도 않습니다. 커널 동작을 이해하는 데 꼭 필요한 부분은 부족하지 않을 정도로 충분히 설명합니다. 세부적인 내용은 말로 설명하기 보다는 코드를 읽어 보고 스스로 코드를 작성해 보는 것이 더 효과적인 것이 사실입니다. 제한된 지면하에서 리눅스 커널의 핵심 내용을 효율적으로 전달하는 훌륭한 구성입니다.
이 책은 꼭 리눅스 커널 개발자에게만 유용한 것은 아닙니다. 리눅스 커널은 대부분 C로 작성되어 있습니다. C++, 오브젝티브C, 자바 등의 객체지향 언어가 주류를 이루는 요즘, C로 작성된 커널은 거리감을 더하는 것이 사실입니다. 하지만, 리눅스 커널에는 컴퓨터의 등장과 함께한 운영체제의 역사가 녹아 들어 있습니다. 운영 체제에서 사용하는 알고리즘, 인터페이스 설계 등은 프로그램 작성 과정에서 마주치는 많은 문제에 대한 지금까지의 고민 결과를 담고 있습니다. 문제를 해결한다는 본질에 있어서 사용하는 언어는 수단에 불과합니다. 일부 리눅스 서브 시스템은 C언어 하에서도 객체 지향 프로그래밍이 가능하다는 것을 보여주기도 합니다. 커널 개발을 하지 않는다 하더라도 커널이 문제를 해결하는 방식을 살펴보는 것은 일반적인 개발 업무에도 큰 도움이 되리라 믿습니다. 특히 커널과 비슷한 고민을 하는 프로그램을 작성하거나 이미 C로 구현된 기존 프로젝트를 손질하는 경우라면 커널에서 의외의 힌트를 얻을 수도 있습니다.
객관적으로 보면 우리나라는 IT 분야의 선진국임에 분명합니다. 인구 5천만에 불과한 나라에서 세계 최고 수준의 하드웨어를 생산하고, 세계 최고 수준의 통신 인프라를 갖췄으며, 세계적인 수준의 서비스를 개발, 운영하고 있습니다. 이 같은 현실이 만들어진 데에는 여러 유능한 개발자와 리눅스 같은 오픈 소스 제품들이 큰 역할을 했을 것입니다. 하지만 사람들의 관심사가 쉽게 결과를 얻는 쪽으로만 편중된다는 점과 그 과정에서 얻어진 오픈 소스 관련 지식이 공유되지 못하고 파편화된다는 점이 아쉬움으로 남습니다. 지금도 커널 코드를 붙들고 씨름하고 있는 분들이 물론 적지 않겠지만, 실제로는 당장의 돈벌이에 도움이 되기 힘든 커널에 관심을 가진 사람이 많지 않은 것이 현실입니다. 커널이라는 분야는 어찌보면 전산학에 있어서 기초과학으로 비유할 수 있을 것 같습니다. 탄탄한 기초과학 발전이 산업혁명을 가능케 했듯이, 많은 분이 커널 개발에 참여함으로서 또 다른 발전을 이끌어 나갈 수도 있지 않을까 생각해 봅니다. 이 책을 통해 리눅스 커널에 대한 이해를 높이고 커널 개발에 참여하는 개척자 분들이 많이 나오길 기대합니다.
이 책은 커널 코드를 개발하고 작성하는 사람뿐 아니라, 운영체제에 대한 이해를 높여 좀 더 효율적이고 생산적인 코드를 작성하고자 하는 개발자에게 도움이 되도록, 리눅스 커널 설계와 구현에 대해 자세히 다룬다.
이 책에서는 리눅스 커널의 설계, 구현, 인터페이스를 비롯한 커널의 주요 하부 시스템 및 기능에 대해 자세히 다룬다. 리눅스 커널에 대한 실용적인 관점과 이론적인 관점을 모두 제공하는 이 책은 다양한 관심과 필요성을 가진 독자들의 흥미를 끌 것이다.
핵심 커널 개발자이기도 한 저자는 2.6 커널에 대한 소중한 지식과 경험을 나누고자 한다. 구체적으로 프로세스 관리, 스케줄링, 시간 관리 및 타이머, 시스템 호출 인터페이스, 메모리 접근, 메모리 관리, 페이지 캐시, VFS, 커널 동기화, 이식성 문제, 디버깅 기법 등을 다룬다. 이 책에서는 2.6 커널의 가장 흥미로운 기능인 CFS 스케줄러, 선점 커널, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용도 다룬다.
★ 개정 3판에서 달라진 내용 ★
■ 커널 자료 구조를 별도 장으로 새로 추가
■ 인터럽트 핸들러와 후반부 처리에 대한 자세한 내용
■ 커널 동기화 및 잠금에 대한 깊이 있는 설명
■ 가상 메모리와 메모리 할당에 대한 설명 보강
■ 리눅스 커널 디버깅 시 도움이 되는 기법
■ 커널 패치를 제출할 때 유용한 노하우와 리눅스 커널 공동체와 함께 일하는 방법
★ 이 책의 대상 독자 ★
이 책은 리눅스 커널을 이해하고자 하는 소프트웨어 개발자를 대상으로 쓰여졌다. 이 책은 커널 소스를 줄 단위로 설명하는 해설서가 아니다. 또한 드라이버 개발을 위한 가이드도, 커널 API 참고도서도 아니다. 이 책의 목적은 리눅스 커널의 설계와 구현에 대한 충분한 정보를 제공하여, 프로그래머가 커널 코드 개발을 시작할 수 있게 해주는 것이다. 커널 개발은 재미있고 보람찬 일이므로, 나는 독자를 가능한 한 순조롭게 이 세상으로 이끌고자 한다. 이 책은 학구적인 독자와 실용적인 독자 모두를 만족시키기 위해 이론과 응용 모두를 다룬다. 나는 항상 응용을 이해하려면 이론부터 이해해야 한다고 생각하지만, 이 책에서는 둘 사이의 균형을 맞추려고 노력했다. 여러분이 리눅스 커널을 공부하려는 동기가 무엇이든, 이 책의 커널 설계와 구현에 대한 설명이 여러분의 필요를 충분히 만족시킬 수 있기를 바란다.
이 책은 핵심 커널 시스템의 동작 방법과 그 설계 및 구현을 모두 다룬다. 중요한 부분이므로 잠시 설명하고 넘어가자. 좋은 예가 바로 후반부 처리(bottom half)를 이용하는 장치 드라이버 구성 요소를 다루는 8장 '후반부 처리와 지연된 작업'이다. 이 장에서는 (핵심 커널 개발자나 학구적인 독자가 관심을 가질 만한) 커널 후반부 처리의 설계와 구현에 대해서 다루고, (장치 드라이버 개발자나 통상적인 해커가 흥미를 느낄 만한) 커널이 제공하는 인터페이스를 이용해 실제 후반부 처리를 구현하는 방법에 대해서도 다룬다. 양측 모두 두 가지 측면의 논의가 필수적이라는 사실을 알 수 있을 것이다. 커널의 내부 작동 방식을 확실히 알고 있어야 하는 핵심 커널 개발자는 인터페이스가 실제 사용되는 방식에 대해서도 잘 알고 있어야 한다. 그와 동시에, 장치 드라이버 개발자 역시 인터페이스 너머의 내부 구현에 대해 이해함으로써 드라이버 개발 작업에 도움을 받을 수 있다.
이는 라이브러리의 API를 배우는 것과 라이브러리의 실제 구현을 공부하는 것의 관계와 비슷하다. 언뜻 보기에 애플리케이션 개발자는 API만 알면 될 것 같다. 사실 인터페이스를 블랙박스처럼 다루어야 한다고 배우는 경우가 많다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리 설계와 구현에 대해서만 신경 쓴다. 하지만 나는 양자 모두가 서로 반대편 사정을 이해하기 위해 노력해야 한다고 생각한다. 하부 운영체제를 잘 이해하는 애플리케이션 개발자는 운영체제를 훨씬 더 잘 활용할 수 있다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리를 이용하는 애플리케이션이 처한 현실과 실제 상황을 외면해서는 안 된다. 따라서 이 책이 양쪽 사람들에게 유용하기를 바랄 뿐 아니라, 책 내용 전체가 양측에 도움이 되기를 바라는 마음으로 커널 서브시스템의 설계와 구현 모두를 설명할 것이다.
나는 독자들이 C 프로그래밍에 대해 알고 있으며, 리눅스에 익숙하다고 가정했다. 운영체제 설계나 다른 전산 분야의 개념에 대한 경험이 있으면 도움이 되겠지만, 이런 개념들에 대해 최대한 많이 설명하려고 노력했다. 부족하다면, 운영체제 설계에 대한 훌륭한 책이 포함된 참고 문헌 항목을 살펴보라.
이 책은 학부 수준의 운영체제 설계 과목에서 이론을 다루는 입문서와 함께 응용 분야의 보조 교과서로 활용하기에 적합하다. 또한 이 책은 별도의 교재 없이 고급 학부 과목이나 대학원 수준의 과목에서도 사용할 수 있다.
★ 추천의 글 ★
리눅스 커널과 커널 애플리케이션 사용이 늘어남에 따라 리눅스 개발과 유지보수에 참여하려는 시스템 소프트웨어 개발자도 점점 늘어는 추세다. 이들 중에는 순전히 개인적인 관심으로 리눅스 개발에 참여하는 사람도 있고, 리눅스 기업 또는 하드웨어 제조사에서 일하기 때문에 혹은 기업 내에서 개발 프로젝트를 하기 때문에 참여하는 사람도 있다.
하지만 이들은 모두 공통된 문제에 부딪힌다. 커널을 배우는 데 걸리는 시간이 더 길어지고, 어려워지고 있다는 점이다. 시스템은 매우 크고, 더욱 더 복잡해지고 있다. 시간이 지날수록 지금 커널을 개발하는 개발자들은 커널에 대해 더욱 깊고 넓은 지식을 쌓을 수 있겠지만, 새로 참여하는 사람과의 격차는 더 벌어질 수밖에 없다.
나는 이렇게 커널 소스에 대한 접근이 점점 어려워지는 현실이 커널의 품질(quality)에 이미 문제를 일으키고 있으며, 이 문제는 시간이 지남에 따라 더 심해질 것이라고 생각한다. 리눅스의 앞날을 걱정하는 사람이라면 커널 개발에 참여할 수 있는 개발자들의 수를 늘리는 일에도 반드시 관심을 기울여야 한다.
이 문제를 해결하는 방법 중 하나는 깔끔한 코드를 유지하는 것이다. 이해하기 쉬운 인터페이스, 일관성 있는 레이아웃, '한 번에 한 가지만, 제대로 한다' 등과 같은 원칙을 지키는 일이다. 이것이 리누스 토발즈가 선택한 방법이다.
내가 추천하는 또 한 가지 방법은 코드에 많은 주석을 다는 것이다. 주석은 코드를 읽는 사람이 개발자가 개발 당시 무엇을 얻고자 했는지 이해할 수 있을 만큼 충분해야 한다. 의도와 구현의 차이를 파악하는 과정이 바로 디버깅이다. 의도를 알 수 없다면 디버깅은 어려운 일이 된다.
하지만 주석만으로는 주요 서브시스템이 어떤 일을 해야 하는지 전체를 살펴볼 수 있는 시각과 개발자들이 그 목적을 달성하려고 어떤 방법을 사용했는지에 대한 정보를 얻을 수 없다. 따라서 커널을 이해하기 위한 출발점으로는 가장 필요한 것은 잘 작성된 문서다.
로버트 러브(Robert Love)가 쓴 이 책은 숙련된 개발자만이 알 수 있는 커널 서브시스템에 대한 본질적인 이해와, 이를 구현하려고 개발자들이 어떤 일들을 했는지에 대해 알려준다. 따라서 이 책은 호기심에 커널을 공부하려는 사람들뿐 아니라, 애플리케이션 개발자, 커널 설계를 분석하려는 사람 등 많은 사람에게 충분한 지식을 제공해 줄 수 있다.
또한, 이 책은 커널 개발자가 뚜렷한 목적을 가지고 커널을 수정할 수 있는 다음 단계로 나아가는 데도 도움을 준다. 나는 이런 개발자들에게 많은 시도를 해 볼 것을 권한다. 커널의 특정 부분을 이해하는 가장 좋은 방법은 그 부분을 변경해보는 것이다. 커널을 직접 수정해보면 코드를 읽기만 할 때는 볼 수 없었던 많은 것들을 이해할 수 있다. 더 적극적인 커널 개발자라면 개발자 메일링 리스트에 가입해 다른 개발자들과 의견을 나눠 보는 것도 좋다. 이 방식이 바로 그 동안 커널 개발에 기여한 사람들이 커널을 배웠던, 그리고 계속 배우고 있는 방법이기도 하다. 로버트의 책은 커널 개발의 중요한 부분인 이런 체계와 문화에 대해서도 다룬다.
로버트의 책을 즐기고, 또 많은 것을 배울 수 있기를 바란다. 또 여러분 중 많은 사람이 한발 더 나아가 커널 개발 공동체의 일원이 되기를 진심으로 바란다. 우리는 사람을 공헌도에 따라 평가한다. 여러분이 무언가 리눅스에 기여하게 되었을 때 여러분의 작업으로 얻어진 지식도 수억 아니, 수십억의 인류에게 작지만 즉각적인 도움을 주었다고 평가받을 수 있을 것이다. 이것은 우리에게 주어진 아주 유익한 특권이면서 책임이기도 하다.
- 앤드류 모튼(Andrew Morton)
★ 저자 서문 ★
리눅스 커널에 대한 나의 경험을 책으로 펴 내리라고 처음 결정했을 때 솔직히 어떻게 해야 할지를 몰랐다. 무엇이 내 책을 이 분야의 가장 좋은 책으로 만들어줄 것인가? 나는 어떻게 하면 이 책이 특별한 책이 될 수 있을까에 대해 고심했다.
결국 커널에 대해 아주 특별한 접근 방법을 생각해 낼 수 있었다. 내 일은 커널을 해킹하는 것이다. 내 취미도 커널을 해킹하는 것이다. 내가 사랑하는 것도 커널을 해킹하는 것이다. 수년간 이렇게 지내오면서, 나는 재미있는 일화와 중요한 기법들을 모아 두었다. 내 경험을 통해 나는 어떻게 커널을 해킹하는지(그리고 그에 못지 않게 중요한) 어떻게 해야 커널을 망가뜨리지 않을지에 대한 책을 펴낼 수 있었다. 이 책의 주요 주제는 물론 리눅스 커널의 설계와 구현이다. 하지만 다른 책들과 달리 이 책은 실제 일에 도움이 되는, 그리고 일을 올바르게 할 수 있는 방법을 배우는 데 중점을 두고 있다. 나는 실용 엔지니어이고 이 책 또한 실용 서적이다. 이 책은 재미있고 읽기 쉬우며 유용할 것이다.
나는 독자가 이 책을 통해 (기록된 또한 기록되지 않은) 리눅스 커널의 규칙을 잘 이해하게 되기를 바란다. 그리고 여러분이 이 책과 커널 소스를 읽은 다음 유용하고, 제대로 동작하며, 깔끔하게 구현된 커널 소스를 작성할 수 있기를 기대한다. 물론 재미 삼아 읽는 것도 좋다.
여기까지는 1판에 대한 이야기였다. 시간이 흘렀고, 다시 한번 도전의 시간이 돌아왔다. 이번 개정 3판은 1판과 2판에 비해 많은 것이 바뀌었다. 많은 부분이 개선되고 수정되었으며, 새로운 내용도 많이 추가되었다. 이번 판은 2판 이후 커널 변화를 반영했다. 중요한 사실은 리눅스 커널 공동체가 2.7 커널 개발을 빠른 시일 내에 진행하지 않을 것임을 선언한 것이다. 대신 커널 개발자들은 2.6 커널 개발 및 안정화 작업을 계속하기로 했다. 이 결정은 많은 것을 시사하는데, 그 중 이 책과 관련해 중요한 부분은 바로 최근에 나와 있는 2.6 커널에 대한 책이 한동안 계속 그 유용함을 유지할 수 있다는 것이다. 리눅스 커널이 성숙단계에 접어듦에 따라,
앞으로도 존속할 커널의 내용에 대해 공부하는 것은 더욱 의미 있는 일이 되었다. 이 책은 리눅스 커널의 역사를 이해함과 동시에 미래를 준비하는 관점에서 커널에 대해 서술함으로써 리눅스 커널에 대한 교과서적인 책이 되기를 기대한다.
★ 옮긴이의 말 ★
잡지 부록으로 딸려온 알짜 리눅스 배포본을 가지고 사용하던 PC에 리눅스를 처음 설치해 본 때가 아련히 떠오릅니다. 그 후 제법 많은 시간이 흘렀습니다. 그 사이 리눅스는 수많은 개발자들의 자발적인 노력을 통해 진화를 거듭해 그 영역을 넓혀 왔습니다. 대부분의 인터넷 서비스가 리눅스 서버로 운영되고 있으며, 슈퍼 컴퓨터에서 손 안의 스마트폰까지 컴퓨터가 관련된 곳에서 리눅스가 쓰이지 않는 분야를 찾기가 더 어렵습니다. 제가 그 동안 해온 일들도 리눅스를 떼어 놓고는 생각할 수 없습니다.
2011년 7월, 리눅스의 창시자인 리누스 토발즈는 리눅스 출시 20주년을 기념해 리눅스의 버전 3.0을 선언합니다. 특별히 주목할 만한 큰 변경 사항이 없었음에도 주 버전을 바꾼 이유에 대해 리누스는 버전 숫자가 너무 커져서(2.6 버전은 2.6.39까지 있습니다.) 불편해서라고 밝히기도 했습니다. 그도 틀린 말은 아니었겠지만, 한편으로는 2.6 버전의 안정적인 집권이 장기간 이어짐에 따라, 이제는 리눅스 커널 완성도에 대한 자신감의 표현으로 보는 것도 타당할 것입니다. 아직 현장에서는 2.6버전을 사용한 리눅스 배포판이 많이 쓰이고, 지원도 지속되고 있습니다. 그렇기 때문에, 커널 버전 2.6.34를 주 대상으로 삼은 이 책의 내용은 3.0 버전으로 바뀐 이 시점에도 그대로 유효합니다. 저자의 말마따나 성숙 단계에 접어듦에 따라 변경의 가능성은 점점 적어지므로, 현 상태에서 얻는 지식의 유효 기간도 길어지고 있는 것입니다.
이 책은 코드를 무작정 늘어 놓고 구구절절 내용을 설명하는 책이 아닙니다. 세부 코드에 대한 내용은 과감히 생략하고, 더욱 중요한 커널의 설계 방향과 의도를 설명하는 데 집중합니다. 이 때문에 커널이나 어셈블러에 대한 경험이 없는 개발자도 쉽게 내용을 따라갈 수 있습니다. 그렇다고 해서 대충 겉핥기로 넘어가지도 않습니다. 커널 동작을 이해하는 데 꼭 필요한 부분은 부족하지 않을 정도로 충분히 설명합니다. 세부적인 내용은 말로 설명하기 보다는 코드를 읽어 보고 스스로 코드를 작성해 보는 것이 더 효과적인 것이 사실입니다. 제한된 지면하에서 리눅스 커널의 핵심 내용을 효율적으로 전달하는 훌륭한 구성입니다.
이 책은 꼭 리눅스 커널 개발자에게만 유용한 것은 아닙니다. 리눅스 커널은 대부분 C로 작성되어 있습니다. C++, 오브젝티브C, 자바 등의 객체지향 언어가 주류를 이루는 요즘, C로 작성된 커널은 거리감을 더하는 것이 사실입니다. 하지만, 리눅스 커널에는 컴퓨터의 등장과 함께한 운영체제의 역사가 녹아 들어 있습니다. 운영 체제에서 사용하는 알고리즘, 인터페이스 설계 등은 프로그램 작성 과정에서 마주치는 많은 문제에 대한 지금까지의 고민 결과를 담고 있습니다. 문제를 해결한다는 본질에 있어서 사용하는 언어는 수단에 불과합니다. 일부 리눅스 서브 시스템은 C언어 하에서도 객체 지향 프로그래밍이 가능하다는 것을 보여주기도 합니다. 커널 개발을 하지 않는다 하더라도 커널이 문제를 해결하는 방식을 살펴보는 것은 일반적인 개발 업무에도 큰 도움이 되리라 믿습니다. 특히 커널과 비슷한 고민을 하는 프로그램을 작성하거나 이미 C로 구현된 기존 프로젝트를 손질하는 경우라면 커널에서 의외의 힌트를 얻을 수도 있습니다.
객관적으로 보면 우리나라는 IT 분야의 선진국임에 분명합니다. 인구 5천만에 불과한 나라에서 세계 최고 수준의 하드웨어를 생산하고, 세계 최고 수준의 통신 인프라를 갖췄으며, 세계적인 수준의 서비스를 개발, 운영하고 있습니다. 이 같은 현실이 만들어진 데에는 여러 유능한 개발자와 리눅스 같은 오픈 소스 제품들이 큰 역할을 했을 것입니다. 하지만 사람들의 관심사가 쉽게 결과를 얻는 쪽으로만 편중된다는 점과 그 과정에서 얻어진 오픈 소스 관련 지식이 공유되지 못하고 파편화된다는 점이 아쉬움으로 남습니다. 지금도 커널 코드를 붙들고 씨름하고 있는 분들이 물론 적지 않겠지만, 실제로는 당장의 돈벌이에 도움이 되기 힘든 커널에 관심을 가진 사람이 많지 않은 것이 현실입니다. 커널이라는 분야는 어찌보면 전산학에 있어서 기초과학으로 비유할 수 있을 것 같습니다. 탄탄한 기초과학 발전이 산업혁명을 가능케 했듯이, 많은 분이 커널 개발에 참여함으로서 또 다른 발전을 이끌어 나갈 수도 있지 않을까 생각해 봅니다. 이 책을 통해 리눅스 커널에 대한 이해를 높이고 커널 개발에 참여하는 개척자 분들이 많이 나오길 기대합니다.
목차
목차
1장 리눅스 커널 입문
___유닉스의 역사
___리눅스의 개발
___운영체제와 커널
___리눅스 커널과 전통적인 유닉스 커널
___리눅스 커널 버전
___리눅스 커널 개발 공동체
___시작하기 전에
2장 커널과의 첫 만남
___커널 소스 구하기
___Git 사용하기
___커널 소스 설치
___패치
___커널 소스 트리
___커널 빌드
___커널 설정
___빌드 메시지 최소화
___빌드 작업을 동시에 여러 개 실행
___새 커널 설치
___다른 성질의 야수
___libc와 표준 헤더 파일을 사용할 수 없음
___GNU C
___인라인 함수
___인라인 어셈블리
___분기 구문표시
___메모리 보호 없음
___부동 소수점을 (쉽게) 사용할 수 없음
___작은 고정 크기의 스택
___동기화와 동시성
___이식성의 중요성
___결론
3장 프로세스 관리
___프로세스
___프로세스 서술자와 태스크 구조체
___프로세스 서술자의 할당
___프로세스 서술자 저장
___프로세스 상태
___현재 프로세스 상태 조작
___프로세스 컨텍스트
___프로세스 계층 트리
___프로세스 생성
___Copy-on-Write
___프로세스 생성(forking)
___vfork()
___리눅스의 스레드 구현
___스레드 생성
___커널 스레드
___프로세스 종료
___프로세스 서술자 제거
___부모 없는 태스크의 딜레마
___결론
4장 프로세스 스케줄링
___멀티태스킹
___리눅스의 프로세스 스케줄러
___정책
___입출력중심 프로세스와 프로세서중심 프로세스
___프로세스 우선순위
___타임슬라이스
___스케줄러 정책의 동작
___리눅스 스케줄링 알고리즘
___스케줄러 클래스
___유닉스 시스템의 프로세스 스케줄링
___공정 스케줄링
___리눅스 스케줄링 구현
___시간 기록
___스케줄러 단위 구조체
___가상 실행시간
___프로세스 선택
___다음 작업 선택
___트리에 프로세스 추가
___트리에서 프로세스 제거
___스케줄러 진입 위치
___휴면과 깨어남
___대기열
___깨어남
___선점과 컨텍스트 전환
___사용자 선점
___커널 선점
___실시간 스케줄링 정책
___스케줄러 관련 시스템 호출
___스케줄링 정책과 우선순위 관련 시스템 호출
___프로세서 지속성(affinity) 관련 시스템 호출
___프로세서 시간 양보
___결론
5장 시스템 호출
___커널과 통신
___API, POSIX, C 라이브러리
___시스콜
___시스템 호출 번호
___시스템 호출 성능
___시스템 호출 핸들러
___알맞은 시스템 호출 찾기
___매개변수 전달
___시스템 호출 구현
___시스템 호출 구현
___매개변수 검사
___시스템 호출 컨텍스트
___시스템 호출 등록을 위한 마지막 단계
___사용자 공간에서 시스템 호출 사용
___시스템 호출을 구현하지 말아야 하는 이유
___결론
6장 커널 자료 구조
___연결 리스트
___단일 연결 리스트와 이중 연결 리스트
___환형 연결 리스트
___연결 리스트 내에서 이동
___리눅스 커널의 구현 방식
___연결 리스트 구조체
___연결 리스트 정의
___리스트 헤드
___연결 리스트 조작
___연결 리스트에 노드 추가
___연결 리스트에서 노드 제거
___연결 리스트의 노드 이동과 병합
___연결 리스트 탐색
___기본 방식
___실제 사용하는 방식
___역방향으로 리스트 탐색
___제거하면서 탐색
___다른 연결 리스트 함수
___큐
___kfifo
___큐 생성
___데이터를 큐에 넣기
___데이터를 큐에서 빼기
___큐의 크기 알아내기
___큐 재설정과 큐 삭제
___큐 사용 예제
___맵
___idr 초기화
___새로운 UID 할당
___UID 찾기
___UID 제거
___idr 제거
___이진 트리
___이진 탐색 트리
___자가 균형 이진 탐색 트리
___레드블랙 트리
___rbtree
___어떤 자료 구조를 언제 사용할 것인가?
___알고리즘 복잡도
___알고리즘
___O(빅오, 대문자오) 표기법
___빅 세타 표기법
___시간 복잡도
___결론
7장 인터럽트와 인터럽트 핸들러
___인터럽트와 인터럽트 핸들러
___전반부 처리와 후반부 처리
___인터럽트 핸들러 등록
___인터럽트 핸들러 플래그
___인터럽트 예제
___인터럽트 핸들러 해제
___인터럽트 핸들러 작성
___공유 핸들러
___인터럽트 핸들러의 실제 예
___인터럽트 컨텍스트
___인터럽트 핸들러 구현
___/proc/interrupts
___인터럽트 제어
___인터럽트 활성화와 비활성화
___특정 인터럽트 비활성화
___인터럽트 시스템 상태
___결론
8장 후반부 처리와 지연된 작업
___후반부 처리bottom half
___왜 후반부 처리를 하는가?
___후반부 처리의 세계
___원래의 '후반부 처리'
___태스크 큐
___softirq와 태스크릿
___혼란스러움을 떨쳐내기
___softirq
___softirq 구현
___softirq 핸들러
___softirq 실행
___softirq 사용
___인덱스 할당
___핸들러 등록
___softirq 올림
___태스크릿tasklet
___태스크릿 구현
___태스크릿 구조체
___태스크릿 스케줄링
___태스크릿 사용
___태스크릿 선언
___태스크릿 핸들러 작성
___태스크릿 스케줄링
___ksoftirqd
___구식 BH 처리 방식
___워크 큐
___워크 큐 구현
___스레드 표현 자료 구조
___작업 표현 자료 구조
___워크 큐 구현 정리
___워크 큐 사용
___작업 생성
___워크 큐 핸들러
___작업 스케줄링
___작업 비우기
___새로운 워크 큐 만들기
___구식 태스크 큐 방식
___어떤 후반부 처리 방식을 사용할 것인가?
___후반부 처리 작업 사이의 락
___후반부 처리 비활성화
___결론
9장 커널 동기화 개요
___위험 지역과 경쟁 조건
___왜 보호 장치가 필요한가?
___단일 변수
___락
___동시성의 원인
___보호 대상 인식
___데드락
___경쟁과 확장성
___결론
10장 커널 동기화 방법
___원자적 동작
___원자적 정수 연산
___64비트 원자적 연산
___원자적 비트 연산
___스핀락
___스핀락 사용 방법
___그 밖의 스핀락 함수
___스핀락과 후반부 처리
___리더?라이터 스핀락
___세마포어
___카운팅 세마포어와 바이너리 세마포어
___세마포어 생성과 초기화
___세마포어
___리더-라이터 세마포어
___뮤텍스(mutex)
___세마포어와 뮤텍스
___스핀락과 뮤텍스
___완료 변수
___큰 커널 락
___순차적 락
___선점 비활성화
___순차성(ordering)과 배리어(barrier)
___결론
11장 타이머와 시간 관리
___커널의 시간의 개념
___진동수: HZ
___이상적인 HZ 값
___큰 HZ 값의 장점
___큰 HZ 값의 단점
___지피(jiffies)
___지피의 내부 표현
___지피 값 되돌아감
___사용자 공간과 HZ 값
___하드웨어 시계와 타이머
___실시간 시계
___시스템 타이머
___타이머 인터럽트 핸들러
___날짜와 시간
___타이머
___타이머 사용
___타이머 경쟁 조건
___타이머 구현
___실행 지연
___루프 반복
___작은 지연
___schedule_timeout()
___schedule_timeout() 구현
___만료시간을 가지고 대기열에서 휴면
___결론
12장 메모리 관리
___페이지
___구역
___페이지 얻기
___0으로 채워진 페이지 얻기
___페이지 반환
___kmalloc()
___gfp_mask 플래그
___동작 지정자
___구역 지정자
___형식 플래그
___kfree()
___vmalloc()
___슬랩 계층
___슬랩 계층 설계
___슬랩 할당자 인터페이스
___캐시에서 할당
___슬랩 할당자 사용 예제
___스택에 정적으로 할당
___단일 페이지 커널 스택
___공정하게 스택 사용
___상위 메모리 연결
___고정 연결
___임시 연결
___CPU별 할당
___새로운 percpu 인터페이스
___컴파일 시점의 CPU별 데이터
___실행 시점의 CPU별 데이터
___CPU별 데이터를 사용하는 이유
___할당 방법 선택
___결론
13장 가상 파일시스템
___일반 파일시스템 인터페이스
___파일시스템 추상화 계층
___유닉스 파일시스템
___VFS 객체와 자료 구조
___슈퍼블록 객체
___슈퍼블록 동작
___아이노드 객체
___아이노드 동작
___덴트리 객체
___덴트리 상태___
___덴트리 캐시
___덴트리 동작
___파일 객체
___파일 동작
___파일시스템 관련 자료 구조
___프로세스 관련 자료구조
___결론
14장 블록 입출력 계층
___블록 장치 구조
___버퍼와 버퍼 헤드
___bio 구조체
___입출력 벡터
___신구 버전 비교
___요청 큐
___입출력 스케줄러
___입출력 스케줄러가 하는 일
___리누스 엘리베이터
___데드라인 입출력 스케줄러
___예측 입출력 스케줄러
___완전 공정 큐 입출력 스케줄러
___무동작 입출력 스케줄러
___입출력 스케줄러 선택
___결론
15장 프로세스 주소 공간
___주소 공간
___메모리 서술자
___메모리 서술자 할당
___메모리 서술자 해제
___mm_struct 구조체와 커널 스레드
___가상 메모리 영역
___VMA 플래그
___VMA 동작
___메모리 영역 리스트와 트리
___실제 메모리 영역
___메모리 영역 다루기
___find_vma()
___find_vma_prev()
___find_vma_intersection()
___mmap()와 do_mmap(): 주소 범위 생성
___munmap()와 do_munmap(): 주소 범위 해제
___페이지 테이블
___결론
16장 페이지 캐시와 페이지 지연 기록
___캐시 사용 방식
___쓰기 캐시
___캐시 축출
___가장 오래 전에 사용한 항목 제거
___이중 리스트 전략
___리눅스 페이지 캐시
___address_space 객체
___address_space 동작
___기수 트리
___구식 페이지 해시 테이블
___버퍼 캐시
___플러시 스레드
___랩탑 모드
___역사: bdflush, kupdated, pdflush
___다중 스레드 환경의 경쟁 상태 회피
___결론
17장 장치와 모듈
___장치 유형
___모듈
___Hello, World!
___모듈 만들기
___소스 트리에 들어 있는 경우
___소스 트리 외부에 있는 경우
___모듈 설치
___모듈 의존성 생성
___모듈 적재
___설정 옵션 관리
___모듈 인자
___노출 심볼exported symbols
___장치 모델
___Kobjects
___Ktypes
___Ksets___
___kobject, ktype, kset의 상관 관계
___kobject 관리와 변경
___참조 횟수
___참조 횟수 증감
___krefs
___sysfs
___sysfs에 kobject 추가와 제거
___sysfs에 파일 추가
___기본 속성
___새로운 속성 만들기
___속성 제거
___sysfs 관례
___커널 이벤트 계층
___결론
18장 디버깅
___시작하기
___커널 버그
___출력을 이용한 디버깅
___견고함
___로그수준
___로그 버퍼
___syslogd와 klogd
___printf()와 printk() 사용 혼동
___웁스
___ksymoops
___kallsyms
___커널 디버깅 옵션
___버그 확인과 정보 추출
___만능 SysRq 키
___커널 디버거의 전설
___gdb
___kgdb
___시스템 찔러 보기와 조사
___조건에 따른 UID 사용
___조건 변수
___통계
___디버깅 작업의 빈도와 발생 제한
___문제를 일으킨 변경 사항을 찾기 위한 이진 탐색
___Git을 사용한 이진 탐색
___모든 방법이 실패했을 때: 공동체
___결론
19장 이식성
___이식성 있는 운영체제
___리눅스 이식성의 역사
___워드 크기와 데이터 형
___불투명 데이터 형
___특수 데이터 형
___명시적으로 크기가 정해진 데이터 형
___문자 데이터 형의 부호유무
___데이터 정렬
___정렬 문제 피하기
___비표준 데이터 형의 정렬
___구조체 채우기
___바이트 순서
___시간
___페이지 크기
___프로세서 순서
___SMP, 커널 선점, 상위 메모리
___결론
20장 패치, 해킹, 공동체
___공동체
___리눅스 코딩 스타일
___들여쓰기
___switch 구문
___공백
___괄호
___줄 길이
___명명 방식
___함수
___주석
___형 지정
___기존 함수 사용
___소스에서 ifdef 사용 최소화
___구조체 초기화
___과거에 작성한 코드 소급 적용
___지휘 계통
___버그 리포트 제출
___패치
___패치 만들기
___Git을 사용해 패치 생성
___패치 제출
___결론
___유닉스의 역사
___리눅스의 개발
___운영체제와 커널
___리눅스 커널과 전통적인 유닉스 커널
___리눅스 커널 버전
___리눅스 커널 개발 공동체
___시작하기 전에
2장 커널과의 첫 만남
___커널 소스 구하기
___Git 사용하기
___커널 소스 설치
___패치
___커널 소스 트리
___커널 빌드
___커널 설정
___빌드 메시지 최소화
___빌드 작업을 동시에 여러 개 실행
___새 커널 설치
___다른 성질의 야수
___libc와 표준 헤더 파일을 사용할 수 없음
___GNU C
___인라인 함수
___인라인 어셈블리
___분기 구문표시
___메모리 보호 없음
___부동 소수점을 (쉽게) 사용할 수 없음
___작은 고정 크기의 스택
___동기화와 동시성
___이식성의 중요성
___결론
3장 프로세스 관리
___프로세스
___프로세스 서술자와 태스크 구조체
___프로세스 서술자의 할당
___프로세스 서술자 저장
___프로세스 상태
___현재 프로세스 상태 조작
___프로세스 컨텍스트
___프로세스 계층 트리
___프로세스 생성
___Copy-on-Write
___프로세스 생성(forking)
___vfork()
___리눅스의 스레드 구현
___스레드 생성
___커널 스레드
___프로세스 종료
___프로세스 서술자 제거
___부모 없는 태스크의 딜레마
___결론
4장 프로세스 스케줄링
___멀티태스킹
___리눅스의 프로세스 스케줄러
___정책
___입출력중심 프로세스와 프로세서중심 프로세스
___프로세스 우선순위
___타임슬라이스
___스케줄러 정책의 동작
___리눅스 스케줄링 알고리즘
___스케줄러 클래스
___유닉스 시스템의 프로세스 스케줄링
___공정 스케줄링
___리눅스 스케줄링 구현
___시간 기록
___스케줄러 단위 구조체
___가상 실행시간
___프로세스 선택
___다음 작업 선택
___트리에 프로세스 추가
___트리에서 프로세스 제거
___스케줄러 진입 위치
___휴면과 깨어남
___대기열
___깨어남
___선점과 컨텍스트 전환
___사용자 선점
___커널 선점
___실시간 스케줄링 정책
___스케줄러 관련 시스템 호출
___스케줄링 정책과 우선순위 관련 시스템 호출
___프로세서 지속성(affinity) 관련 시스템 호출
___프로세서 시간 양보
___결론
5장 시스템 호출
___커널과 통신
___API, POSIX, C 라이브러리
___시스콜
___시스템 호출 번호
___시스템 호출 성능
___시스템 호출 핸들러
___알맞은 시스템 호출 찾기
___매개변수 전달
___시스템 호출 구현
___시스템 호출 구현
___매개변수 검사
___시스템 호출 컨텍스트
___시스템 호출 등록을 위한 마지막 단계
___사용자 공간에서 시스템 호출 사용
___시스템 호출을 구현하지 말아야 하는 이유
___결론
6장 커널 자료 구조
___연결 리스트
___단일 연결 리스트와 이중 연결 리스트
___환형 연결 리스트
___연결 리스트 내에서 이동
___리눅스 커널의 구현 방식
___연결 리스트 구조체
___연결 리스트 정의
___리스트 헤드
___연결 리스트 조작
___연결 리스트에 노드 추가
___연결 리스트에서 노드 제거
___연결 리스트의 노드 이동과 병합
___연결 리스트 탐색
___기본 방식
___실제 사용하는 방식
___역방향으로 리스트 탐색
___제거하면서 탐색
___다른 연결 리스트 함수
___큐
___kfifo
___큐 생성
___데이터를 큐에 넣기
___데이터를 큐에서 빼기
___큐의 크기 알아내기
___큐 재설정과 큐 삭제
___큐 사용 예제
___맵
___idr 초기화
___새로운 UID 할당
___UID 찾기
___UID 제거
___idr 제거
___이진 트리
___이진 탐색 트리
___자가 균형 이진 탐색 트리
___레드블랙 트리
___rbtree
___어떤 자료 구조를 언제 사용할 것인가?
___알고리즘 복잡도
___알고리즘
___O(빅오, 대문자오) 표기법
___빅 세타 표기법
___시간 복잡도
___결론
7장 인터럽트와 인터럽트 핸들러
___인터럽트와 인터럽트 핸들러
___전반부 처리와 후반부 처리
___인터럽트 핸들러 등록
___인터럽트 핸들러 플래그
___인터럽트 예제
___인터럽트 핸들러 해제
___인터럽트 핸들러 작성
___공유 핸들러
___인터럽트 핸들러의 실제 예
___인터럽트 컨텍스트
___인터럽트 핸들러 구현
___/proc/interrupts
___인터럽트 제어
___인터럽트 활성화와 비활성화
___특정 인터럽트 비활성화
___인터럽트 시스템 상태
___결론
8장 후반부 처리와 지연된 작업
___후반부 처리bottom half
___왜 후반부 처리를 하는가?
___후반부 처리의 세계
___원래의 '후반부 처리'
___태스크 큐
___softirq와 태스크릿
___혼란스러움을 떨쳐내기
___softirq
___softirq 구현
___softirq 핸들러
___softirq 실행
___softirq 사용
___인덱스 할당
___핸들러 등록
___softirq 올림
___태스크릿tasklet
___태스크릿 구현
___태스크릿 구조체
___태스크릿 스케줄링
___태스크릿 사용
___태스크릿 선언
___태스크릿 핸들러 작성
___태스크릿 스케줄링
___ksoftirqd
___구식 BH 처리 방식
___워크 큐
___워크 큐 구현
___스레드 표현 자료 구조
___작업 표현 자료 구조
___워크 큐 구현 정리
___워크 큐 사용
___작업 생성
___워크 큐 핸들러
___작업 스케줄링
___작업 비우기
___새로운 워크 큐 만들기
___구식 태스크 큐 방식
___어떤 후반부 처리 방식을 사용할 것인가?
___후반부 처리 작업 사이의 락
___후반부 처리 비활성화
___결론
9장 커널 동기화 개요
___위험 지역과 경쟁 조건
___왜 보호 장치가 필요한가?
___단일 변수
___락
___동시성의 원인
___보호 대상 인식
___데드락
___경쟁과 확장성
___결론
10장 커널 동기화 방법
___원자적 동작
___원자적 정수 연산
___64비트 원자적 연산
___원자적 비트 연산
___스핀락
___스핀락 사용 방법
___그 밖의 스핀락 함수
___스핀락과 후반부 처리
___리더?라이터 스핀락
___세마포어
___카운팅 세마포어와 바이너리 세마포어
___세마포어 생성과 초기화
___세마포어
___리더-라이터 세마포어
___뮤텍스(mutex)
___세마포어와 뮤텍스
___스핀락과 뮤텍스
___완료 변수
___큰 커널 락
___순차적 락
___선점 비활성화
___순차성(ordering)과 배리어(barrier)
___결론
11장 타이머와 시간 관리
___커널의 시간의 개념
___진동수: HZ
___이상적인 HZ 값
___큰 HZ 값의 장점
___큰 HZ 값의 단점
___지피(jiffies)
___지피의 내부 표현
___지피 값 되돌아감
___사용자 공간과 HZ 값
___하드웨어 시계와 타이머
___실시간 시계
___시스템 타이머
___타이머 인터럽트 핸들러
___날짜와 시간
___타이머
___타이머 사용
___타이머 경쟁 조건
___타이머 구현
___실행 지연
___루프 반복
___작은 지연
___schedule_timeout()
___schedule_timeout() 구현
___만료시간을 가지고 대기열에서 휴면
___결론
12장 메모리 관리
___페이지
___구역
___페이지 얻기
___0으로 채워진 페이지 얻기
___페이지 반환
___kmalloc()
___gfp_mask 플래그
___동작 지정자
___구역 지정자
___형식 플래그
___kfree()
___vmalloc()
___슬랩 계층
___슬랩 계층 설계
___슬랩 할당자 인터페이스
___캐시에서 할당
___슬랩 할당자 사용 예제
___스택에 정적으로 할당
___단일 페이지 커널 스택
___공정하게 스택 사용
___상위 메모리 연결
___고정 연결
___임시 연결
___CPU별 할당
___새로운 percpu 인터페이스
___컴파일 시점의 CPU별 데이터
___실행 시점의 CPU별 데이터
___CPU별 데이터를 사용하는 이유
___할당 방법 선택
___결론
13장 가상 파일시스템
___일반 파일시스템 인터페이스
___파일시스템 추상화 계층
___유닉스 파일시스템
___VFS 객체와 자료 구조
___슈퍼블록 객체
___슈퍼블록 동작
___아이노드 객체
___아이노드 동작
___덴트리 객체
___덴트리 상태___
___덴트리 캐시
___덴트리 동작
___파일 객체
___파일 동작
___파일시스템 관련 자료 구조
___프로세스 관련 자료구조
___결론
14장 블록 입출력 계층
___블록 장치 구조
___버퍼와 버퍼 헤드
___bio 구조체
___입출력 벡터
___신구 버전 비교
___요청 큐
___입출력 스케줄러
___입출력 스케줄러가 하는 일
___리누스 엘리베이터
___데드라인 입출력 스케줄러
___예측 입출력 스케줄러
___완전 공정 큐 입출력 스케줄러
___무동작 입출력 스케줄러
___입출력 스케줄러 선택
___결론
15장 프로세스 주소 공간
___주소 공간
___메모리 서술자
___메모리 서술자 할당
___메모리 서술자 해제
___mm_struct 구조체와 커널 스레드
___가상 메모리 영역
___VMA 플래그
___VMA 동작
___메모리 영역 리스트와 트리
___실제 메모리 영역
___메모리 영역 다루기
___find_vma()
___find_vma_prev()
___find_vma_intersection()
___mmap()와 do_mmap(): 주소 범위 생성
___munmap()와 do_munmap(): 주소 범위 해제
___페이지 테이블
___결론
16장 페이지 캐시와 페이지 지연 기록
___캐시 사용 방식
___쓰기 캐시
___캐시 축출
___가장 오래 전에 사용한 항목 제거
___이중 리스트 전략
___리눅스 페이지 캐시
___address_space 객체
___address_space 동작
___기수 트리
___구식 페이지 해시 테이블
___버퍼 캐시
___플러시 스레드
___랩탑 모드
___역사: bdflush, kupdated, pdflush
___다중 스레드 환경의 경쟁 상태 회피
___결론
17장 장치와 모듈
___장치 유형
___모듈
___Hello, World!
___모듈 만들기
___소스 트리에 들어 있는 경우
___소스 트리 외부에 있는 경우
___모듈 설치
___모듈 의존성 생성
___모듈 적재
___설정 옵션 관리
___모듈 인자
___노출 심볼exported symbols
___장치 모델
___Kobjects
___Ktypes
___Ksets___
___kobject, ktype, kset의 상관 관계
___kobject 관리와 변경
___참조 횟수
___참조 횟수 증감
___krefs
___sysfs
___sysfs에 kobject 추가와 제거
___sysfs에 파일 추가
___기본 속성
___새로운 속성 만들기
___속성 제거
___sysfs 관례
___커널 이벤트 계층
___결론
18장 디버깅
___시작하기
___커널 버그
___출력을 이용한 디버깅
___견고함
___로그수준
___로그 버퍼
___syslogd와 klogd
___printf()와 printk() 사용 혼동
___웁스
___ksymoops
___kallsyms
___커널 디버깅 옵션
___버그 확인과 정보 추출
___만능 SysRq 키
___커널 디버거의 전설
___gdb
___kgdb
___시스템 찔러 보기와 조사
___조건에 따른 UID 사용
___조건 변수
___통계
___디버깅 작업의 빈도와 발생 제한
___문제를 일으킨 변경 사항을 찾기 위한 이진 탐색
___Git을 사용한 이진 탐색
___모든 방법이 실패했을 때: 공동체
___결론
19장 이식성
___이식성 있는 운영체제
___리눅스 이식성의 역사
___워드 크기와 데이터 형
___불투명 데이터 형
___특수 데이터 형
___명시적으로 크기가 정해진 데이터 형
___문자 데이터 형의 부호유무
___데이터 정렬
___정렬 문제 피하기
___비표준 데이터 형의 정렬
___구조체 채우기
___바이트 순서
___시간
___페이지 크기
___프로세서 순서
___SMP, 커널 선점, 상위 메모리
___결론
20장 패치, 해킹, 공동체
___공동체
___리눅스 코딩 스타일
___들여쓰기
___switch 구문
___공백
___괄호
___줄 길이
___명명 방식
___함수
___주석
___형 지정
___기존 함수 사용
___소스에서 ifdef 사용 최소화
___구조체 초기화
___과거에 작성한 코드 소급 적용
___지휘 계통
___버그 리포트 제출
___패치
___패치 만들기
___Git을 사용해 패치 생성
___패치 제출
___결론
저자
저자
로버트 러브
저자 로버트 러브 (Rovert Love)는 오픈 소스 개발자, 강연자, 저자로 15년 이상 리눅스를 사용하면서 리눅스 발전에 기여했다. 로버트는 현재 구글의 선임 소프트웨어 엔지니어로 일하며, 안드로이드 모바일 플랫폼을 개발한 팀에 속해 있다. 구글 이전에는 노벨(Novell) 사에서 리눅스 데스크탑 책임 설계자를 맡았다. 노벨 사 이전에는 몬타비스타 소프트웨어(MontaVista Software)와 지미안(Ximian)에서 커널 엔지니어로 일했다. 로버트는 선점형 커널, 프로세스 스케줄러, 커널 이벤트 계층, inotify, 가상 메모리 개선, 디바이스 드라이버 개발 등의 커널 프로젝트에 참가했다. 로버트는 리눅스 커널에 대해 수많은 강연을 했으며, 리눅스 커널에 대한 글도 여러 편 썼다. 〈리눅스 저널(Linux Journal)〉의 편집 기자이기도 한 로버트의 다른 책으로는 『Linux System Programming』, 『Linux in a Nutshell』 등이 있다. 로버트는 플로리다 대학에서 수학학사와 전산학사 학위를 받았으며, 현재 보스턴에서 살고 있다.
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