自作ＯＳで学ぶマイクロカーネルの設計と実装　マイクロカーネルの深淵を知り、骨太なスキルを身に付ける

ＯＳはもっと自由だし、その舞台裏はずっと楽しい！自作ＯＳ（ＨｉｎａＯＳ）と実用ＯＳ（ＭＩＮＩＸ３、ＧＮＵ　Ｈｕｒｄ、ｓｅＬ４）のソースコードを紐解き、ユニークなアイデアと先進的なテクニックを探究しよう！

マイクロカーネルOSは、「美しい設計ではあるものの、遅い実装」というイメージを持たれることがありますが、それは過去の話です。現在では、目立たないところで実用的なOSとして使われ、世界を支えています。
　本書では、マイクロカーネルOSの概念からその実例まで、機能ごとに分けて説明しています。本書全体としては、基礎知識、マイクロカーネルの解説、その上で動くソフトウェア部分（ユーザーランド）の解説、そして発展的内容の4つのパートから構成されており、それぞれのパート内の章は、概念の解説部分と、その概念をどのように実装しているかを解説した実装部分に分かれています。
　各章の実装例として、本書のために筆者が開発したマイクロカーネルOS「HinaOS」を用いて、わかりやすく解説しています。HinaOSは、エミュレータ上で動かすことを想定した教育目的のOSですが、OSの実装を学ぶのに必要となる最低限の機能を備え、ソースコードもシンプルにです。
　また、HinaOSでの実装例のほかに、MINIX3、seL4、GNU Hurdという3つの実用マイクロカーネルOSによる実例も解説しています。複数のOSについて紹介しているのは、それぞれに特徴があり、それを比較してほしいという理由からです。「マイクロカーネルOSとは、こういうものである」という固定観念を持たず、マイクロカーネルであるからこその柔軟さ、そして設計の自由さを味わってください。OSはコンピュータの使い方をガラッと変えられる、いわば新しいソフトウェアの世界を創れる土台なのです。
　本書を読み終えたら、自分でOSを作ってみてください。OSの仕組みを理解していても、実装することで新たな発見があるものです。ゼロからOSを作るのではなく、HinaOSを拡張するのもよいでしょう。HinaOSには、実装が面倒な基本機能が既に備わっています。このようにOSを拡張しやすいのもマイクロカーネルの特徴の1つです。
　本来、OSはとても自由なソフトウェアです。特定のCPUにしかない変わった機能を活用した移植性ゼロのOSを作るもよし、極限まで小さくしたOSを作るもよし、自由な発想で自分の世界を創り上げることができる最高の題材なのです。
　本書を手に、マイクロカーネルの深淵をのぞき込んでみてください。その舞台裏を楽しんでいるうちに、OSやアーキテクチャにとらわれないコンピュータの深い技術も身に付いているはずです。

目次

第1部　基礎知識
　Chapter 1　本書について
　　1.1　本書に向いている人
　　1.2　本書で学べないこと
　　1.3　本書の構成
　　1.4　データ量の表記
　Chapter 2　マイクロカーネル入門
　　2.1　カーネルとは
　　2.2　マイクロカーネルとは
　　2.3　マイクロカーネルの機能
　　2.4　マイクロカーネルの長所と短所
　　2.5　本書で取り上げるマイクロカーネル
　　2.6　ソースコードを読むにあたって
　Chapter 3　教育用マイクロカーネルOS「HinaOS」入門
　　3.1　なぜHinaOSなのか
　　3.2　HinaOSの特徴
　　3.3　ソースコードの入手
　　3.4　コードリーディングのための予備知識
　　3.5　データ構造
　Chapter 4　RISC-V入門
　　4.1　CPUの基本動作
　　4.2　特権命令
　　4.3　インラインアセンブリ
　Chapter 5　プロセスとスレッド
　　5.1　プロセスの中身
　　5.2　スレッド
　　5.3　マルチタスク
　　5.4　カーネルレベルスレッドとユーザーレベルスレッド
　　5.5　スレッドの中身
　　5.6　実装例：HinaOSのプロセス・スレッド
　　5.7　スレッドの状態
　　5.8　コンテキストスイッチ
　　5.9　スケジューリング
　　5.10　アイドル状態
　　5.11　実例：MINIX3のプロセス・スレッド
　　5.12　実例：seL4のプロセス・スレッド
　　5.13　実例：Machのプロセス・スレッド
　　5.14　まとめ
　Chapter 6　メモリ管理
　　6.1　仮想メモリとは
　　6.2　仮想メモリのメリット
　　6.3　物理アドレス空間の構造
　　6.4　仮想アドレス空間の構造
　　6.5　ページング
　　6.6　ページフォルト
　　6.7　実装例：HinaOSのページフォルト処理の実装
　　6.8　物理メモリ割り当て
　　6.9　実例：MINIX3のメモ　ほか

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