現代のLinuxカーネル開発者が持つべきコアの知識

Linuxカーネル開発ガイド：スキル、ツール、環境

プログラミング言語：

Linuxカーネルは主にC言語で書かれているため、C言語（特にC11およびGNU拡張機能）に熟練していることがコアスキルです。一部のアーキテクチャ関連コードと高性能ドライバーは、アセンブリ言語（ハードウェアプラットフォームに応じてx86、arm、またはRISC-V）を使用する場合があります。また、錆言語は、より安全で信頼性の高い代替品を提供するため、注目を集めています。

システムとスクリプトの構築：

KBUILDを理解して構築システムを作成することは、カーネルコードを変更および拡張するために重要です。シェルスクリプトスキルは、自動化された繰り返しタスクにも不可欠です。

ソフトウェア環境：

GITバージョン制御システムは、Linuxカーネル開発プロセスの不可欠な部分です。 QEMU/KVM仮想化プラットフォームは、開発とデバッグの効率的な環境を提供し、仮想マシンでのコードテストが実際のハードウェアの頻繁な再起動を避けることができます。

デバッグとパフォーマンス分析：

従来のカーネルのデバッグ方法には、printk関数を使用して情報をデバッグの印刷を印刷し、DMESGコマンドを介して表示することが含まれます。最新のカーネル開発は、FTRACEフレームワークを効率的なカーネル追跡とデバッグ、およびパフォーマンス分析のためのパフォーマンスツールに広く使用しています。 EBPFフレームワークは、カーネルの観測可能性の革新的な改善を提供し、ユーザープログラムをカーネル内で実行し、情報をユーザースペースに渡すことができます。

組み込み開発：

Linuxカーネルは、組み込みシステムで広く使用されています。埋め込まれた開発者は、BuildRootまたはYoCTOビルドシステム、DTSファイル（ハードウェアコンポーネントの説明）およびU-Boot Bootloaderに精通している必要があります。 Busyboxは、一般的に使用される軽量ユーザースペースフレームワークです。

開発環境：

ほとんどのカーネル開発者は、VIM（または他のターミナルエディター）、TMUXターミナルマルチプレクサ、およびCSCOPEコードの相互参照ツールを使用しています。

コアコンセプト：

Linuxカーネル開発スキルは、一般的なスキルとドメイン固有のスキルに分かれています。

一般的なスキル：

1. カーネルエンコーディングスタイル： Linuxカーネルのエンコーディングスタイルの仕様に従い、 scripts/checkpatch.plスクリプトを使用してコードを確認します。
2. カーネルエンコーディングモード： Multi-Stepリソースの初期化を処理するためにGOTOステートメントを使用するなど、カーネルの推奨エンコードモードに精通してください。
3. カーネル内部データ構造：リンクリスト、キュー、ハッシュテーブル、バイナリツリー、赤と黒の木など、一般的に使用されるカーネルデータ構造。
4. 同期プリミティブ：マルチスレッドの並行性の問題に対処するために、原子動作、スピンロック、セマフォ、ミューテックス、RCUなどのさまざまな同期プリミティブを理解し、熟練しています。
5. 割り込み処理：割り込み処理の上半分と下半分のメカニズム、およびさまざまな遅延作業メカニズム（タスクキュー、ソフトルク、タスクレット、ワークキューなど）を理解します。
6. メモリ管理： Kmalloc/KfreeやSlab Allocatorを含むカーネルのメモリ管理メカニズムに精通してください。
7. 仮想ファイルシステム（VFS）： VFSの共通インターフェイスと、さまざまなファイルシステムとの相互作用を理解します。
8. スケジューラ：カーネルスケジューラの基本原則を理解します。
9. システムコールインターフェイス：カーネルとユーザースペースの間のシステムコールインターフェイスを理解します。
10. /sys /procディレクトリ： /sysおよび /procディレクトリの下のシステム情報と設定に精通しています。
11. ロード可能なカーネルモジュール：カーネルモジュールの構造と荷重/アンロードメカニズム、およびユーザースペース（SYSFS属性、MMIO、カーネルモジュールパラメーターなど）との通信方法を理解します。
12. udev： udevサブシステムとデバイスホットスワップイベント処理を理解します。
13. 障害インジェクションフレームワーク：例外コードパスをテストするために使用されます。
14. カーネル消毒器：（ Kasan、Kmsanなど）は、記憶腐敗やその他の問題を検出するために使用されます。
15. ロック修正検証器：デッドロックとライブロックの検出に使用します。
16. Kdump/Kexec：カーネルのクラッシュを分析するために使用されます。

ドメイン固有のスキル：特定の開発フィールド（ネットワーク、ストレージ、仮想化、暗号化、埋め込みなど）に依存します。

ユーザースペースツール：

カーネル開発者は、次のユーザースペースツールを使用するのに習熟する必要があります。

• バッシュ（または他のシェル）
• SSH
• tmux
• ミニコム（埋め込まれたデバイス用のシリアル通信用）
• vim
• GDB（カーネルエラーのデバッグ用）

ソフトスキル：

• 熱意
• 忍耐
• 意思

このガイドがLinuxカーネルの開発をよりよく理解するのに役立つことを願っています。 継続的な学習と実践が優れたカーネル開発者になるための鍵であることを忘れないでください。

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