動くメカニズムを図解 & 実験! Linux 超入門

『動くメカニズムを図解 & 実験! Linux 超入門』 (宗像 尚郎、海老原 祐太郎 著、CQ 出版、2016 年 5 月刊) は、Linux カーネルが起動、メモリ管理、割り込み、ハードウェア制御をどう進めるかを図解し、その仕組みを踏まえて Linux を高性能に使う技法までを扱う本です。CQ 出版の My Linux シリーズの 1 冊で、国立国会図書館の書誌では、書名に「コンピューターの性能を 100% 引き出すために」が添えられています。版元の紹介は、Linux コンピューターを作ったり使ったりする人はカーネルの動きを理解しておく必要があるとし、処理能力の低い CPU でも性能を上げることや、ちょっとしたトラブルに対応できることを狙いに挙げています。

第 1 部の 15 章、起動からデバイスツリーとセキュリティまで

本書は 2 部構成です。第 1 部「そうなっていたのか! Linux カーネルが動くメカニズム」は、第 1 章「Linux カーネルの設計思想」から始まり、起動のしくみ、仮想メモリ・アクセス、プログラム実行順序の決定、ハードウェア制御の基本、割り込み、ハードウェア資源管理、メモリへの高速アクセス、グラフィック描画と表示、大容量データの受け渡し、電力制御へと進みます。第 12 章はいろいろなチップとボードで動かせるしくみとしてデバイス・ツリーの入門を、第 13 章は Linux ボードの BeagleBone Black を例に固有のハードウェアへの対応を扱い、第 14 章「ファイル・システムのしくみ」を経て第 15 章「セキュリティ管理のしくみ」で第 1 部を終えます。第 2 章の目次は、電源を入れてからブートローダーの処理、RAM への展開、カーネルの起動、ルート・ファイル・システムのマウント、SysVinit スクリプトの処理までを示しています。

第 2 部の性能の技法、割り込み、malloc、DMA、消費電力

第 2 部「しくみがわかれば差は歴然! Linux を高性能に使うテクニック 10+」は第 16 章から第 27 章までです。割り込み処理ルーチンを速く起動するコツと短時間で済ませるコツに始まり、マルチタスクの処理、プロセスの応答、カーネル圧縮方式の選び方、メモリ操作の高速化、大容量の malloc、物理メモリへの読み書きとキャッシュの同期、ファイル・システムの選び方、DMA による高速転送、消費電力の削減、ハードウェア時計で正確な時刻を知るコツまでを並べます。第 20 章と第 21 章の間には、定番のブートローダー U-Boot を使う Appendix が置かれています。第 16 章の見出しの説明は、Linux がリアルタイム用途に向かない理由を扱うと示しています。

カーネルとプロセス、第 22 章の大容量の malloc

カーネルは、OS の中核として、プロセスへの CPU の割り当て、メモリの管理、割り込みの処理、ハードウェアの制御を行う部分です。プロセス は実行中のプログラムの単位で、第 1 部にプログラム実行順序の決定の章、第 2 部にマルチタスクの処理の章があります。malloc で確保する ヒープ の領域について、第 22 章の見出しの説明には、最初の書き込み時に時間をかけて物理メモリを確保するとあります。本書は、Linux カーネルの設計思想から起動、メモリ、割り込み、ファイル・システム、セキュリティまでの仕組みと、それを踏まえた性能の技法を、全 2 部 27 章と Appendix に収めています。