리눅스 커널에 대한 나의 경험을 책으로 펴 내리라고 처음 결정했을 때 솔직히 어떻게 해야 할지를 몰랐다. 무엇이 내 책을 이 분야의 가장 좋은 책으로 만들어줄 것인가? 나는 어떻게 하면 이 책이 특별한 책이 될 수 있을까에 대해 고심했다.

결국 커널에 대해 아주 특별한 접근 방법을 생각해 낼 수 있었다. 내 일은 커널을 해킹하는 것이다. 내 취미도 커널을 해킹하는 것이다. 내가 사랑하는 것도 커널을 해킹하는 것이다. 수년간 이렇게 지내오면서, 나는 재미있는 일화와 중요한 기법들을 모아 두었다. 내 경험을 통해 나는 어떻게 커널을 해킹하는지(그리고 그에 못지 않게 중요한) 어떻게 해야 커널을 망가뜨리지 않을지에 대한 책을 펴낼 수 있었다. 이 책의 주요 주제는 물론 리눅스 커널의 설계와 구현이다. 하지만 다른 책들과 달리 이 책은 실제 일에 도움이 되는, 그리고 일을 올바르게 할 수 있는 방법을 배우는 데 중점을 두고 있다. 나는 실용 엔지니어이고 이 책 또한 실용 서적이다. 이 책은 재미있고 읽기 쉬우며 유용할 것이다.

나는 독자가 이 책을 통해 (기록된 또한 기록되지 않은) 리눅스 커널의 규칙을 잘 이해하게 되기를 바란다. 그리고 여러분이 이 책과 커널 소스를 읽은 다음 유용하고, 제대로 동작하며, 깔끔하게 구현된 커널 소스를 작성할 수 있기를 기대한다. 물론 재미 삼아 읽는 것도 좋다.

여기까지는 1판에 대한 이야기였다. 시간이 흘렀고, 다시 한번 도전의 시간이 돌아왔다. 이번 개정 3판은 1판과 2판에 비해 많은 것이 바뀌었다. 많은 부분이 개선되고 수정되었으며, 새로운 내용도 많이 추가되었다. 이번 판은 2판 이후 커널 변화를 반영했다. 중요한 사실은 리눅스 커널 공동체가 2.7 커널 개발을 빠른 시일 내에 진행하지 않을 것임을 선언한 것이다. 대신 커널 개발자들은 2.6 커널 개발 및 안정화 작업을 계속하기로 했다. 이 결정은 많은 것을 시사하는데, 그 중 이 책과 관련해 중요한 부분은 바로 최근에 나와 있는 2.6 커널에 대한 책이 한동안 계속 그 유용함을 유지할 수 있다는 것이다. 리눅스 커널이 성숙단계에 접어듦에 따라,

앞으로도 존속할 커널의 내용에 대해 공부하는 것은 더욱 의미 있는 일이 되었다. 이 책은 리눅스 커널의 역사를 이해함과 동시에 미래를 준비하는 관점에서 커널에 대해 서술함으로써 리눅스 커널에 대한 교과서적인 책이 되기를 기대한다.---저자 서문 중에서

잡지 부록으로 딸려온 알짜 리눅스 배포본을 가지고 사용하던 PC에 리눅스를 처음 설치해 본 때가 아련히 떠오릅니다. 그 후 제법 많은 시간이 흘렀습니다. 그 사이 리눅스는 수많은 개발자들의 자발적인 노력을 통해 진화를 거듭해 그 영역을 넓혀 왔습니다. 대부분의 인터넷 서비스가 리눅스 서버로 운영되고 있으며, 슈퍼 컴퓨터에서 손 안의 스마트폰까지 컴퓨터가 관련된 곳에서 리눅스가 쓰이지 않는 분야를 찾기가 더 어렵습니다. 제가 그 동안 해온 일들도 리눅스를 떼어 놓고는 생각할 수 없습니다.

2011년 7월, 리눅스의 창시자인 리누스 토발즈는 리눅스 출시 20주년을 기념해 리눅스의 버전 3.0을 선언합니다. 특별히 주목할 만한 큰 변경 사항이 없었음에도 주 버전을 바꾼 이유에 대해 리누스는 버전 숫자가 너무 커져서(2.6 버전은 2.6.39까지 있습니다.) 불편해서라고 밝히기도 했습니다. 그도 틀린 말은 아니었겠지만, 한편으로는 2.6 버전의 안정적인 집권이 장기간 이어짐에 따라, 이제는 리눅스 커널 완성도에 대한 자신감의 표현으로 보는 것도 타당할 것입니다. 아직 현장에서는 2.6버전을 사용한 리눅스 배포판이 많이 쓰이고, 지원도 지속되고 있습니다. 그렇기 때문에, 커널 버전 2.6.34를 주 대상으로 삼은 이 책의 내용은 3.0 버전으로 바뀐 이 시점에도 그대로 유효합니다. 저자의 말마따나 성숙 단계에 접어듦에 따라 변경의 가능성은 점점 적어지므로, 현 상태에서 얻는 지식의 유효 기간도 길어지고 있는 것입니다.

이 책은 코드를 무작정 늘어 놓고 구구절절 내용을 설명하는 책이 아닙니다. 세부 코드에 대한 내용은 과감히 생략하고, 더욱 중요한 커널의 설계 방향과 의도를 설명하는 데 집중합니다. 이 때문에 커널이나 어셈블러에 대한 경험이 없는 개발자도 쉽게 내용을 따라갈 수 있습니다. 그렇다고 해서 대충 겉핥기로 넘어가지도 않습니다. 커널 동작을 이해하는 데 꼭 필요한 부분은 부족하지 않을 정도로 충분히 설명합니다. 세부적인 내용은 말로 설명하기 보다는 코드를 읽어 보고 스스로 코드를 작성해 보는 것이 더 효과적인 것이 사실입니다. 제한된 지면하에서 리눅스 커널의 핵심 내용을 효율적으로 전달하는 훌륭한 구성입니다.

이 책은 꼭 리눅스 커널 개발자에게만 유용한 것은 아닙니다. 리눅스 커널은 대부분 C로 작성되어 있습니다. C++, 오브젝티브C, 자바 등의 객체지향 언어가 주류를 이루는 요즘, C로 작성된 커널은 거리감을 더하는 것이 사실입니다. 하지만, 리눅스 커널에는 컴퓨터의 등장과 함께한 운영체제의 역사가 녹아 들어 있습니다. 운영 체제에서 사용하는 알고리즘, 인터페이스 설계 등은 프로그램 작성 과정에서 마주치는 많은 문제에 대한 지금까지의 고민 결과를 담고 있습니다. 문제를 해결한다는 본질에 있어서 사용하는 언어는 수단에 불과합니다. 일부 리눅스 서브 시스템은 C언어 하에서도 객체 지향 프로그래밍이 가능하다는 것을 보여주기도 합니다. 커널 개발을 하지 않는다 하더라도 커널이 문제를 해결하는 방식을 살펴보는 것은 일반적인 개발 업무에도 큰 도움이 되리라 믿습니다. 특히 커널과 비슷한 고민을 하는 프로그램을 작성하거나 이미 C로 구현된 기존 프로젝트를 손질하는 경우라면 커널에서 의외의 힌트를 얻을 수도 있습니다.

객관적으로 보면 우리나라는 IT 분야의 선진국임에 분명합니다. 인구 5천만에 불과한 나라에서 세계 최고 수준의 하드웨어를 생산하고, 세계 최고 수준의 통신 인프라를 갖췄으며, 세계적인 수준의 서비스를 개발, 운영하고 있습니다. 이 같은 현실이 만들어진 데에는 여러 유능한 개발자와 리눅스 같은 오픈 소스 제품들이 큰 역할을 했을 것입니다. 하지만 사람들의 관심사가 쉽게 결과를 얻는 쪽으로만 편중된다는 점과 그 과정에서 얻어진 오픈 소스 관련 지식이 공유되지 못하고 파편화된다는 점이 아쉬움으로 남습니다. 지금도 커널 코드를 붙들고 씨름하고 있는 분들이 물론 적지 않겠지만, 실제로는 당장의 돈벌이에 도움이 되기 힘든 커널에 관심을 가진 사람이 많지 않은 것이 현실입니다. 커널이라는 분야는 어찌보면 전산학에 있어서 기초과학으로 비유할 수 있을 것 같습니다. 탄탄한 기초과학 발전이 산업혁명을 가능케 했듯이, 많은 분이 커널 개발에 참여함으로서 또 다른 발전을 이끌어 나갈 수도 있지 않을까 생각해 봅니다. 이 책을 통해 리눅스 커널에 대한 이해를 높이고 커널 개발에 참여하는 개척자 분들이 많이 나오길 기대합니다.

이 책은 커널 코드를 개발하고 작성하는 사람뿐 아니라, 운영체제에 대한 이해를 높여 좀 더 효율적이고 생산적인 코드를 작성하고자 하는 개발자에게 도움이 되도록, 리눅스 커널 설계와 구현에 대해 자세히 다룬다.<br/><br/>이 책에서는 리눅스 커널의 설계, 구현, 인터페이스를 비롯한 커널의 주요 하부 시스템 및 기능에 대해 자세히 다룬다. 리눅스 커널에 대한 실용적인 관점과 이론적인 관점을 모두 제공하는 이 책은 다양한 관심과 필요성을 가진 독자들의 흥미를 끌 것이다.<br/><br/>핵심 커널 개발자이기도 한 저자는 2.6 커널에 대한 소중한 지식과 경험을 나누고자 한다. 구체적으로 프로세스 관리, 스케줄링, 시간 관리 및 타이머, 시스템 호출 인터페이스, 메모리 접근, 메모리 관리, 페이지 캐시, VFS, 커널 동기화, 이식성 문제, 디버깅 기법 등을 다룬다. 이 책에서는 2.6 커널의 가장 흥미로운 기능인 CFS 스케줄러, 선점 커널, 블럭 입출력 계층, 입출력 스케줄러 등의 내용도 다룬다.<br/><br/><b>★ 개정 3판에서 달라진 내용 ★</b><br/><br/>■ 커널 자료 구조를 별도 장으로 새로 추가<br/>■ 인터럽트 핸들러와 후반부 처리에 대한 자세한 내용<br/>■ 커널 동기화 및 잠금에 대한 깊이 있는 설명<br/>■ 가상 메모리와 메모리 할당에 대한 설명 보강<br/>■ 리눅스 커널 디버깅 시 도움이 되는 기법<br/>■ 커널 패치를 제출할 때 유용한 노하우와 리눅스 커널 공동체와 함께 일하는 방법<br/><br/><b>★ 이 책의 대상 독자 ★</b><br/><br/>이 책은 리눅스 커널을 이해하고자 하는 소프트웨어 개발자를 대상으로 쓰여졌다. 이 책은 커널 소스를 줄 단위로 설명하는 해설서가 아니다. 또한 드라이버 개발을 위한 가이드도, 커널 API 참고도서도 아니다. 이 책의 목적은 리눅스 커널의 설계와 구현에 대한 충분한 정보를 제공하여, 프로그래머가 커널 코드 개발을 시작할 수 있게 해주는 것이다. 커널 개발은 재미있고 보람찬 일이므로, 나는 독자를 가능한 한 순조롭게 이 세상으로 이끌고자 한다. 이 책은 학구적인 독자와 실용적인 독자 모두를 만족시키기 위해 이론과 응용 모두를 다룬다. 나는 항상 응용을 이해하려면 이론부터 이해해야 한다고 생각하지만, 이 책에서는 둘 사이의 균형을 맞추려고 노력했다. 여러분이 리눅스 커널을 공부하려는 동기가 무엇이든, 이 책의 커널 설계와 구현에 대한 설명이 여러분의 필요를 충분히 만족시킬 수 있기를 바란다.<br/><br/>이 책은 핵심 커널 시스템의 동작 방법과 그 설계 및 구현을 모두 다룬다. 중요한 부분이므로 잠시 설명하고 넘어가자. 좋은 예가 바로 후반부 처리(bottom half)를 이용하는 장치 드라이버 구성 요소를 다루는 8장 ’후반부 처리와 지연된 작업’이다. 이 장에서는 (핵심 커널 개발자나 학구적인 독자가 관심을 가질 만한) 커널 후반부 처리의 설계와 구현에 대해서 다루고, (장치 드라이버 개발자나 통상적인 해커가 흥미를 느낄 만한) 커널이 제공하는 인터페이스를 이용해 실제 후반부 처리를 구현하는 방법에 대해서도 다룬다. 양측 모두 두 가지 측면의 논의가 필수적이라는 사실을 알 수 있을 것이다. 커널의 내부 작동 방식을 확실히 알고 있어야 하는 핵심 커널 개발자는 인터페이스가 실제 사용되는 방식에 대해서도 잘 알고 있어야 한다. 그와 동시에, 장치 드라이버 개발자 역시 인터페이스 너머의 내부 구현에 대해 이해함으로써 드라이버 개발 작업에 도움을 받을 수 있다.<br/><br/>이는 라이브러리의 API를 배우는 것과 라이브러리의 실제 구현을 공부하는 것의 관계와 비슷하다. 언뜻 보기에 애플리케이션 개발자는 API만 알면 될 것 같다. 사실 인터페이스를 블랙박스처럼 다루어야 한다고 배우는 경우가 많다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리 설계와 구현에 대해서만 신경 쓴다. 하지만 나는 양자 모두가 서로 반대편 사정을 이해하기 위해 노력해야 한다고 생각한다. 하부 운영체제를 잘 이해하는 애플리케이션 개발자는 운영체제를 훨씬 더 잘 활용할 수 있다. 마찬가지로 라이브러리 개발자는 라이브러리를 이용하는 애플리케이션이 처한 현실과 실제 상황을 외면해서는 안 된다. 따라서 이 책이 양쪽 사람들에게 유용하기를 바랄 뿐 아니라, 책 내용 전체가 양측에 도움이 되기를 바라는 마음으로 커널 서브시스템의 설계와 구현 모두를 설명할 것이다.<br/><br/>나는 독자들이 C 프로그래밍에 대해 알고 있으며, 리눅스에 익숙하다고 가정했다. 운영체제 설계나 다른 전산 분야의 개념에 대한 경험이 있으면 도움이 되겠지만, 이런 개념들에 대해 최대한 많이 설명하려고 노력했다. 부족하다면, 운영체제 설계에 대한 훌륭한 책이 포함된 참고 문헌 항목을 살펴보라.<br/><br/>이 책은 학부 수준의 운영체제 설계 과목에서 이론을 다루는 입문서와 함께 응용 분야의 보조 교과서로 활용하기에 적합하다. 또한 이 책은 별도의 교재 없이 고급 학부 과목이나 대학원 수준의 과목에서도 사용할 수 있다.

리눅스 커널과 커널 애플리케이션 사용이 늘어남에 따라 리눅스 개발과 유지보수에 참여하려는 시스템 소프트웨어 개발자도 점점 늘어는 추세다. 이들 중에는 순전히 개인적인 관심으로 리눅스 개발에 참여하는 사람도 있고, 리눅스 기업 또는 하드웨어 제조사에서 일하기 때문에 혹은 기업 내에서 개발 프로젝트를 하기 때문에 참여하는 사람도 있다.

하지만 이들은 모두 공통된 문제에 부딪힌다. 커널을 배우는 데 걸리는 시간이 더 길어지고, 어려워지고 있다는 점이다. 시스템은 매우 크고, 더욱 더 복잡해지고 있다. 시간이 지날수록 지금 커널을 개발하는 개발자들은 커널에 대해 더욱 깊고 넓은 지식을 쌓을 수 있겠지만, 새로 참여하는 사람과의 격차는 더 벌어질 수밖에 없다.

나는 이렇게 커널 소스에 대한 접근이 점점 어려워지는 현실이 커널의 품질(quality)에 이미 문제를 일으키고 있으며, 이 문제는 시간이 지남에 따라 더 심해질 것이라고 생각한다. 리눅스의 앞날을 걱정하는 사람이라면 커널 개발에 참여할 수 있는 개발자들의 수를 늘리는 일에도 반드시 관심을 기울여야 한다.

이 문제를 해결하는 방법 중 하나는 깔끔한 코드를 유지하는 것이다. 이해하기 쉬운 인터페이스, 일관성 있는 레이아웃, ‘한 번에 한 가지만, 제대로 한다’ 등과 같은 원칙을 지키는 일이다. 이것이 리누스 토발즈가 선택한 방법이다.
내가 추천하는 또 한 가지 방법은 코드에 많은 주석을 다는 것이다. 주석은 코드를 읽는 사람이 개발자가 개발 당시 무엇을 얻고자 했는지 이해할 수 있을 만큼 충분해야 한다. 의도와 구현의 차이를 파악하는 과정이 바로 디버깅이다. 의도를 알 수 없다면 디버깅은 어려운 일이 된다.

하지만 주석만으로는 주요 서브시스템이 어떤 일을 해야 하는지 전체를 살펴볼 수 있는 시각과 개발자들이 그 목적을 달성하려고 어떤 방법을 사용했는지에 대한 정보를 얻을 수 없다. 따라서 커널을 이해하기 위한 출발점으로는 가장 필요한 것은 잘 작성된 문서다.

로버트 러브(Robert Love)가 쓴 이 책은 숙련된 개발자만이 알 수 있는 커널 서브시스템에 대한 본질적인 이해와, 이를 구현하려고 개발자들이 어떤 일들을 했는지에 대해 알려준다. 따라서 이 책은 호기심에 커널을 공부하려는 사람들뿐 아니라, 애플리케이션 개발자, 커널 설계를 분석하려는 사람 등 많은 사람에게 충분한 지식을 제공해 줄 수 있다.

또한, 이 책은 커널 개발자가 뚜렷한 목적을 가지고 커널을 수정할 수 있는 다음 단계로 나아가는 데도 도움을 준다. 나는 이런 개발자들에게 많은 시도를 해 볼 것을 권한다. 커널의 특정 부분을 이해하는 가장 좋은 방법은 그 부분을 변경해보는 것이다. 커널을 직접 수정해보면 코드를 읽기만 할 때는 볼 수 없었던 많은 것들을 이해할 수 있다. 더 적극적인 커널 개발자라면 개발자 메일링 리스트에 가입해 다른 개발자들과 의견을 나눠 보는 것도 좋다. 이 방식이 바로 그 동안 커널 개발에 기여한 사람들이 커널을 배웠던, 그리고 계속 배우고 있는 방법이기도 하다. 로버트의 책은 커널 개발의 중요한 부분인 이런 체계와 문화에 대해서도 다룬다.

로버트의 책을 즐기고, 또 많은 것을 배울 수 있기를 바란다. 또 여러분 중 많은 사람이 한발 더 나아가 커널 개발 공동체의 일원이 되기를 진심으로 바란다. 우리는 사람을 공헌도에 따라 평가한다. 여러분이 무언가 리눅스에 기여하게 되었을 때 여러분의 작업으로 얻어진 지식도 수억 아니, 수십억의 인류에게 작지만 즉각적인 도움을 주었다고 평가받을 수 있을 것이다. 이것은 우리에게 주어진 아주 유익한 특권이면서 책임이기도 하다.
앤드류 모튼 (Andrew Morton)