目次

• 導入
• 1. Linux カーネル: 安定性の基礎
• 2.ブートローダー: システムの起動
• 3.システムの初期化: OS を起動する
• 4.ドライバーとハードウェア管理
• 5.ファイルシステムとI/O
• 6.グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)
• 7.シェルとユーザーの対話
• 8.結論: Linux OS 開発に関する最終的な考え

導入

Linux ベースのオペレーティング システムの構築は構成とカスタマイズの道のりですが、多くの基礎はすでに整っています。 Linux はオペレーティング システムとして、柔軟性、安定性、そして膨大なコミュニティ サポートを提供するために進化してきました。しかし、完全にカスタムの OS を最初から開発することに比べれば近道のように思えるかもしれませんが、依然として多くの変更部分や考慮すべき複雑な詳細が存在します。

ここでは、Linux ベースの OS 開発の中心となる手順を説明します。カーネルの操作からドライバーの構成、GUI の追加、ユーザー シェルのセットアップまで、詳しく学ぶべきことがたくさんあります。その過程で、Linux OS 開発のユニークな側面に焦点を当てます。

1. Linux カーネル: 安定性の基盤

Linux カーネルは、Linux ベースの OS の中心です。これは、システム リソースを管理し、メモリ管理を処理し、プロセスのスケジューリングを監視する、強力でよく保守されたソフトウェアです。 Linux カーネルを使用すると、世界最大のオープンソース コミュニティの 1 つによる数十年にわたる開発、テスト、改善に依存することになります。

Linux では、カーネルのモジュール設計により、特定の使用例に合わせてシステムを調整できます。サーバー環境、デスクトップ システム、組み込みデバイスのいずれに対して最適化する必要がある場合でも、それに応じてカーネルを構成できます。

一般的な Linux ベースの OS では、システム コールを通じてカーネルと対話します。これらは、ユーザー空間アプリケーションとカーネル間のインターフェイスです。

// Example of a simple Linux system call
int result = fork();  // Create a new process
if (result == 0) {
    execl("/bin/ls", "ls", NULL);  // Execute the 'ls' command
}

カーネル設定は通常、make menuconfig などのツールを使用して行われ、必要な機能に応じてカーネル モジュールを有効または無効にすることができます。

2. ブートローダー: システムの起動

すべてのオペレーティング システムには、電源投入からカーネルの実行までの方法が必要です。そこでブートローダーが登場します。Linux ベースのシステムの場合、ほとんどの人は GRUB (Grand統合ブートローダー)。 GRUB は、カーネルをロードし、カーネルに制御を移すインターフェースを提供することでプロセスを簡素化します。

GRUB の設定には通常、grub.cfg ファイルの編集が含まれます。これにより、カーネルの場所とカーネルに渡すオプションが GRUB に指示されます。アセンブリレベルのブートローディングに取り組む必要がないため、作業がはるかに簡単になります。

# Sample GRUB configuration snippet
menuentry "Erfan Linux" {
    set root=(hd0,1)
    linux /vmlinuz root=/dev/sda1 ro quiet
    initrd /initrd.img
}

3. システムの初期化: OS を起動する

カーネルが制御を取得した後の次の主要なステップは、システムの初期化です。ここで、systemd、SysVinit、runit などの init システム が登場します。 init システムは、必要なすべてのサービスを開始し、システム環境をセットアップし、OS を使用可能な状態にブートストラップする責任を負います。

Linux では、systemd が標準の init システムになっています。プロセス、サービス、ログなどを管理します。たとえば、systemctl start apache2 のようなコマンドを実行すると、systemd が Apache Web サーバーの起動と実行の継続を保証します。

systemd の非常に単純なサービス構成は次のとおりです:

[Unit]
Description=My Custom Service

[Service]
ExecStart=/usr/bin/my_custom_service

[Install]
WantedBy=multi-user.target

systemd のような init システムがなければ、プロセスの初期化を手動で処理することになります。これには、より低レベルのシステム管理、プロセス制御メカニズムの作成、サービスの依存関係の処理が含まれます。

4. ドライバーとハードウェア管理

オペレーティング システムの構築で最も難しい部分の 1 つは、ハードウェア管理です。 Linux ベースの OS では、ネットワーク インターフェイスからストレージ コントローラー、入力デバイスに至るまで、広範なハードウェア デバイスのサポートがすでに含まれているカーネルを操作することになります。多くのドライバーはすでにカーネルにバンドルされており、追加のドライバーは動的にロードできます。

たとえば、modprobe コマンドを使用して特定のデバイスのドライバーをロードできます:

modprobe i915  # Load Intel graphics driver

Linux は、udev デバイス マネージャーも使用して、ハードウェアの変更をオンザフライで検出し、適切なドライバーをロードします。これにより、デバイス ドライバーを最初から作成する場合に比べて、ハードウェアの管理がはるかにスムーズになります。

しかし、いつものように、すべてのドライバーが Linux カーネルにバンドルされているわけではありません。場合によっては、特に最先端のハードウェアまたは独自のハードウェアの場合、サードパーティのドライバーをコンパイルしてインストールする必要があります。

5. ファイルシステムと I/O

ファイルシステムは、あらゆるオペレーティング システムのバックボーンです。 OS は、システム構成ファイルからユーザー ドキュメントに至るまで、すべてのデータを保存する場所です。 Linux ベースのシステムでは、ext4、Btrfs、XFS などのいくつかのファイルシステムから選択できます。

適切なファイルシステムの選択はニーズによって異なります。 Ext4 は最も一般的で信頼性が高く、Btrfs はスナップショットやデータ整合性チェックなどの高度な機能を提供します。

Linux でファイルシステムをマウントするには、次のようなコマンドを実行するだけです:

mount /dev/sda1 /mnt

これに加えて、read()、write()、open() などのシステム コールを使用して、OS が基本的なファイル I/O 操作を効率的に処理することを確認する必要があります。

6. グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)

ヘッドレス サーバー環境からデスクトップまたはワークステーションに移行する場合、グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)が必要です。 Linux ベースのシステムの場合、これは通常、ディスプレイ サーバー用に X11 または Wayland をインストールし、GNOME や KDE. Linux ベースの OS 上で GUI をセットアップするのは非常に簡単です。パッケージ マネージャーを使用してデスクトップ環境とディスプレイ サーバーをインストールし、起動時に起動するように構成できます。たとえば、Ubuntu に GNOME をインストールするには、単に次を実行します:

sudo apt install ubuntu-gnome-desktop

sudo apt install ubuntu-gnome-desktop

Linux システムの中心となるのは、

です。 Bash、Zsh、または別のシェル バリアントのいずれであっても、ほとんどのユーザーはここでシステムと対話し、コマンドを実行し、ファイルを管理します。 基本的なシェル インタラクションの例を次に示します:

# 新しいディレクトリの作成 mkdir /home/user/new_directory # ディレクトリの内容を一覧表示する ls -la /ホーム/ユーザー

# Creating a new directory
mkdir /home/user/new_directory

# Listing contents of the directory
ls -la /home/user

Linux ベースのオペレーティング システムの開発には、最初から始める必要がないという大きな利点があります。

はコア システム機能を処理し、GRUBはブート プロセスを管理し、systemdは初期化を処理します。ただし、仕事が楽というわけではありません。シームレスでユーザーフレンドリーなオペレーティング システムを作成するには、これらのコンポーネントを構成、最適化、統合する必要があります。 Linux ベースの OS を構築するプロセスでは、特定のユースケースに合わせたカスタマイズと Linux エコシステムの計り知れないパワーの活用の間のバランスを見つけることが重要です。組み込みシステム用の軽量 OS を作成している場合でも、機能が豊富なデスクトップ環境を作成している場合でも、その道のりには独自の一連の課題が伴います。

でもね、それが簡単だったらみんなやっているでしょう??