Linuxカーネルの構造と原理：ワークキュー [著者直講 第1部-7]

<お知らせ>

1. 500名突破 40%割引クーポン発行🙏

Linuxカーネル講義の受講生500名突破を記念して、40%割引クーポンを発行いたします。ありがとうございます。先着100名様限定です。

• 40%割引クーポンリンク : https://inf.run/RnNbC  

2. ロードマップのご案内 🎯

今回の講義「システムソフトウェア開発者のための Linux kernel - basic course」は、ロードマップに含まれている講義です。

システム半導体、自動車分野などのシステムソフトウェア開発者なら

必ず知っておくべきLinuxカーネル

すべてのIT機器で最も多く使われているオペレーティングシステムは何でしょうか？それはまさにLinuxオペレーティングシステムです。スマートフォン、デジタルテレビ、航空エンターテインメントシステム、およびサーバーに使用されています。システム半導体メーカーでは、Linux（Linuxデバイスドライバ）を活用して、自社で設計したハードウェアを制御しています。また、電気自動車（Automotive）を構成するさまざまな部品（インフォテインメント、自動運転、テレマティクス）にもLinuxが多く活用されています。

Linuxオペレーティングシステムの核心はLinuxカーネルです。Armv8-Aアーキテクチャとともに、現在のシステムソフトウェア業界で最も必要とされる基礎知識が求められる内容がLinuxカーネルであるとも言えます。

しかし、リ눅스カーネルはシステムソフトウェア分野の入門者にとって、巨大な壁のような存在です。入門者の方は、リ눅스カーネルを学ぼうとして何度も挫折した経験があるでしょう。ただでさえ難しいリ눅스カーネルは、バージョンのアップグレードとともに、ますます複雑に進化しています。2024年以降、リ눅스カーネルのバージョンはv6.6以上にアップグレードされており、参入障壁はさらに高まっています。

システム半導体や電気自動車分野を含む様々な分野で活躍しているリヌックスシステムソフトウェア開発者の方々は、リヌックスカーネルを熟知してこそ開発能力を高められるという事実は理解しています。しかし、リヌックスカーネルをどのように学ぶべきか、そして何より実務でどのような内容を深く理解しておくべきか、掴みづらい状況です。

Linuxデバイスドライバ開発の核心中の核心：ワークキュー

Linuxシステムソフトウェア開発者として入門すると、ほとんどの場合Linuxデバイスドライバを開発することになります。この過程で必ず知っておくべき機能が、まさにワークキューです。その理由をいくつか挙げると；

• ワークキューは割り込みボトムハーフ（後半部）処理の手法として使用される。

• デバイスドライバの多くの機能は、ワークキューが提供するAPIを使用して実装されている。

また、Linuxカーネルを構成する多くの機能も、ワークキューが提供するAPIを使用して動作します。そのため、私が執筆した'Linuxカーネルの構造と原理'という本の第7章で、次のような'ワークキュー'について説明しています。

今回の講義は、読者の皆さんが様々な方法でデバッグ実習（TRACE32メモリダンプ解析、ftrace解析）を通じてワークキューを学べるように構成しました。

講義の差別化ポイント

今回の講義は、これまでYouTubeやどの講義プラットフォームでも扱われたことのないコンテンツで構成されています！ リ눅스カーネルのワークキューに関連するデータ構造（system_wqグローバル変数、worker_pool構造体、work_struct構造体）を、リナックスカーネルのメモリダンプを通じてデバッグします。この講義を受講される方は、3つのメモリダンプをダウンロードして直接実習することができます。

このような内容を学びます

ワークキューを構成する核心機能とロードマップをまず説明します。続いて、ワークキューを効率よく学ぶ方法を詳細に説明します。

ワークキューを構成するデータ構造を全体像で説明します。グローバルワークキューとワーカープール、そしてワークアイテムの構造を詳細に説明します。

デバイスドライバの観点から、ワーク（ワークアイテム）がどのように使用されるかを説明します。

ワークに関連するデータ構造を紹介し、デバッグ実習を通じて各フィールドがどのような値を格納しているのか、分かりやすく詳細に説明します。

ワークアイテムがキューイングされる過程を、カーネルコードの解析を通じて詳細に説明します。

ワークアイテムがキューイングされる際のデータ構造（連結リスト）を、TRACE32のメモリダンプデバッグを用いて詳細に説明します。

ワークアイテムを実行するワーカースレッドを紹介し、ワーカースレッドの実行段階を説明します。続いて、ワーカースレッドが生成されるカーネルソースを分析し、この過程のコールスタック（バックトレース）も併せて説明します。

ワーカーレッドが実行される際の動作方式について、カーネルソースの解析を通じて詳細に説明します。

ワーカースレッドを通じてワークアイテムが実行される動作方式を、TRACE32デバッグを通じて説明します。（3つのメモリダンプ）

ワークキューをトレースするftraceについて詳細に説明し、関連するカーネルソースコードをftraceメッセージとともに分析します。

デバイスドライバでよく活用されるディレイドワークキュー（delayed workqueue）について、分かりやすく説明します。

遅延ワーク（delayed work）のソースコードと、遅延ワークの実行フローを詳細に分析します。

本では扱っていませんでしたが、実戦プロジェクトでよく使用されるワークキュー・ウォッチドッグについて説明します。CONFIG_WQ_WATCHDOGを有効にする方法を説明し、関連するカーネルソースコードを分析します。

ワークキュー・ウォッチドッグの動作方式をftraceメッセージの分析を通じて詳細に説明します。

執筆・講義の経験を活かし、
誰よりも深く詳細に！

グローバル著者 & リナックスシステムソフトウェア開発者 (Arm, RISC-V アーキテクチャ)

国内のシステムソフトウェア分野において前例のない！「Armアーキテクチャ(Armv8-A, Armv7-A)」と「Linuxカーネル」の本を執筆した著者（2冊の本ともに大韓民国学術院の優秀図書に選定）であり、国内初めて海外出版社(Packt)を通じて"Reverse Engineering Armv8-A Systems"の本（英語）を執筆したグローバル著者です。何より最新のシステムソフトウェアトレンド（電気自動車、システム半導体-システムソフトウェア）を最も熟知している現役の開発者です。また、システムソフトウェア分野で最も活発に知識伝達活動を行っている教育者でもあります。

• 'Reverse Engineering Armv8-A Systems: A practical guide to Kernel, Firmware, and TrustZone analysis' 著者（英語書籍、Packt出版社）, (Packt Publishing)

• 'デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理' (2021年、大韓民国学術院 優秀図書賞) 著者

• 「システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理」（2024年、大韓民国学術院 優秀図書賞） 著者

• 'Programmers Dev Course: Linuxシステムおよびカーネルエキスパート' メイン講師 (1~2回目)

• 2022年6月、韓国コンピューター総合学術大会 (KCC2022) - チュートリアル発表 [ftraceを利用してリヌックスカーネルを征服する]

• LG電子「Linuxカーネル」および「Armv8アーキテクチャ」社内講師（国内および海外開発者を含む） - （2020年〜2024年）

国内の誰よりも、リナックスカーネルを構成する主要な機能を分かりやすく説明できる教育者であると自信を持って申し上げます。

受講前のアドバイス