linux-kernel-architecture

Linux カーネルアーキテクチャ

目的

Linux カーネルの全体像を把握するための見取り図を提供します。起動シーケンス、主要なサブシステム、重要なデータ構造、ソースコード内で確認すべき場所を解説し、skills/kernel/kernel-internals を補完する、ドライバーやサブシステムの作業向けのアーキテクチャレベルのナビゲーションを提供します。

使用するタイミング

• 機能やバグの調査で、初めて linux.git を確認するとき
• 起動処理がどのように init やドライバーの probe に到達するかを理解するとき
• サブシステムを経由するシステムコールや割り込みを追跡するとき
• skills/kernel-dev/platform-device-model やドライバー関連スキルに取り組む前のオンボーディング

ワークフロー

1. 起動フロー（x86／ARM64 の簡略版）

firmware/UEFI
├── arch/*/boot — decompress kernel, early setup
├── start_kernel() — mm, scheduler, timers, IRQ subsys
├── rest_init() → kernel_init → run_init_process
└── userspace init (systemd)

ドライバーの module_init／device_initcall は、start_kernel の実行中に init より前に動作します。

2. 主要なサブシステム

サブシステム	パス（代表例）	主な構造体
スケジューラー	kernel/sched/	task_struct、sched_entity
メモリ	mm/	struct page、mm_struct、vm_area_struct
VFS	fs/	inode、dentry、file、super_block
ブロック	block/	request_queue、gendisk
ネットワーク	net/	sk_buff、net_device
ドライバー	drivers/	device、device_driver
システムコール	kernel/、fs/、mm/	SYSCALL_DEFINE*

3. Initcall レベル

/* include/linux/init.h — order matters */
early_initcall → core_initcall → postcore_initcall
→ arch_initcall → subsys_initcall → fs_initcall
→ device_initcall → late_initcall

プラットフォームドライバーは、通常 subsys_initcall または module_init を介して登録されます。

4. コードの探し方

# Locate symbol
grep -rn "platform_driver_register" drivers/

# Trace config
./scripts/config --state CONFIG_FOO

# File hierarchy docs
ls Documentation/admin-guide/

5. エージェントの活用

/linux-kernel-architecture Where does page fault handling live and what calls it?

よくある問題

症状	原因	解決策
ドライバーの probe が早すぎる	Initcall と DT の順序	deferred_probe で遅延させます
シンボルが見つからない	モジュールとしてビルドされている	modprobe を実行するか、組み込み用の CONFIG_* を指定します
サブシステムが違う	drivers/ に似た名前がある	struct bus_type をたどります
起動時にハングする	early printk が無効	earlyprintk、initcall_debug

関連スキル

• skills/kernel/kernel-internals — スケジューラー、SLUB、VFS の詳細
• skills/kernel-dev/kernel-memory-management — mm/ の詳細
• skills/kernel-dev/platform-device-model — ドライバーモデル
• skills/kernel-dev/device-tree — ハードウェアの記述
• skills/low-level-programming/linux-kernel-modules — LKM の基礎