실전! 러스트로 배우는 리눅스 커널 프로그래밍

러스트 기초부터 리눅스 시스템 프로그래밍, 커널 모듈 제작과 디버깅까지

김백기 , 우충기 지음

위키북스 2024년 02월 28일 출간 종이책 : 2024년 02월 27일 출간

작품소개

책소개

이 책은 러스트 프로그래밍 언어의 기초부터 시작하여, 대규모 시스템 개발과 통합에 이르는 전문적인 노하우를 제공합니다. 또한, 리눅스 시스템 프로그래밍에 관한 깊이 있는 지식을 습득하며, 러스트를 활용한 리눅스 커널 모듈 개발까지 다루어 실용적인 경험을 쌓을 수 있게 됩니다.

이 책은 이론과 실습을 결합한 접근 방식으로, 러스트를 활용한 실제 프로젝트에 바로 적용할 수 있는 다양한 예제들로 가득 차 있습니다. 이를 통해 독자들은 러스트를 통한 시스템 프로그래밍의 전문성을 한층 더 높일 수 있을 것입니다.

★ 이 책에서 다루는 내용 ★

◎ 러스트 기초 문법을 배웁니다.
◎ 러스트로 대규모 시스템을 개발하고 통합하는 노하우를 익힙니다
◎ 러스트로 리눅스 시스템 프로그래밍 방법을 습득합니다
◎ 리눅스 커널 시스템을 배우고 커널 모듈을 개발해 봅니다.

목차

▣ 01장: 러스트 소개
1.1 왜 러스트를 배워야 하는가?
___개요
___러스트의 역사
1.2 러스트 특징
___안전한 메모리 관리
___철저한 오류 처리
___쉽고 편한 비동기 프로그래밍
___편리한 패키지 관리 도구
1.3 러스트로 무엇을 할 수 있나?
___러스트 포 리눅스 프로젝트
___구글의 차세대 운영체제 퓨시아
___블록체인
___빠르고 안정적인 백엔드 시스템 개발
___그 외 다양한 응용 사례
1.4 개발 환경 설정하기
___리눅스 환경에 러스트 설치
___윈도우 환경에 러스트 설치
___러스트 플레이그라운드
1.5 Hello World
___비주얼 스튜디오 코드로 러스트 코드 실행하기
1.6 요약

▣ 02장: 러스트 기초
2.1 자료형
___자료형 확인하기
___튜플
___배열
___문자열
2.2 불변성과 가변성
___섀도잉
2.3 제어문
___if
___match
2.4 반복문
___loop
___for
___while
2.5 함수
2.6 클로저
2.7 n번째 수를 출력하는 피보나치 함수 만들기
2.8 구조체
___구조체 정의
___구조체 메서드
___연관 함수
2.9 열거형
___Option 열거형
2.10 구조체로 연결 리스트 만들기
2.11 요약

▣ 03장: 소유권과 메모리 할당
3.1 소유권
___빌림
___데이터 복제
3.2 동적 메모리 할당
___Box
___Rc
___RefCell
___약한 참조
___Box와 Rc
3.3 라이프타임 지시자
___정적 변수
3.4 이중 연결 리스트 만들기
3.5 요약

▣ 04장: 러스트 심화
4.1 프로젝트 구조와 모듈화
___모듈화
___간단한 모듈 만들어보기
___mod로 계층 구성하기
___모듈 단위로 파일 분리
___use 사용하기
___가시성 제어
4.2 오류 처리
___복구 가능한 오류
___복구 불가능한 오류
___복구 가능한 오류 vs. 복구 불가능한 오류
4.3 컬렉션
___Vec
___LinkedList
___HashMap
___해시셋
___BinaryHeap
___String
___컬렉션의 소유권
4.4 간단한 파일 기반 데이터베이스 만들기
4.5 요약

▣ 05장: 동시성, 입출력, 네트워킹, IPC
5.1 동시성
___std::thread 사용하기
___async/await
___이벤트 루프
___동시성 제어 기법
___다중 스레드에서 발생하는 다양한 문제들
5.2 입출력
___동기식 입출력
___비동기식 입출력
___데이터 버퍼링
___데이터 직렬화
___SQLite 사용하기
5.3 네트워킹과 IPC
___간단한 HTTP 클라이언트 만들기
___REST API 사용하기
___간단한 웹서버 만들기
___TCP 서버와 클라이언트 만들기
___기타 다양한 IPC 기법들
5.4 채팅 서비스 만들기
5.5 요약

▣ 06장: 러스트 라이브러리 활용
6.1 러스트 표준 라이브러리
___러스트 표준 트레잇
___AsRef
___시스템 콜
6.2 파일, 디렉터리 다루기
___std::fs
___std::path
___tree 명령어 만들기
6.3 시간 처리
___시간 및 날짜 관련 라이브러리
___시간 연산
6.4 간단한 셸 터미널 만들기
6.5 요약

▣ 07장: 객체지향과 디자인 패턴
7.1 객체지향 러스트
___캡슐화
___다형성
___상속
7.2 디자인 패턴
___팩토리 메서드 패턴
___싱글턴 패턴
___빌더 패턴
___어댑터 패턴
___컴포지트 패턴
___데코레이터 패턴
___플라이웨이트 패턴
___옵저버 패턴
___전략 패턴
___상태 패턴
7.3 요약

▣ 08장: 매크로
8.1 매크로란?
___매크로를 사용하는 목적
8.2 print!와 vec!
___print! 매크로
___vec! 매크로
8.3 매크로 문법
___macro_rules!
___매크로에서 다른 매크로 호출
8.4 매크로 디버깅
8.5 요약

▣ 09장: 리눅스 시스템 프로그래밍
9.1 리눅스 시스템 프로그래밍이란
9.2 FFI
___Bindgen을 사용해 C 코드 호출하기
___autocxx를 사용해 C++코드 사용하기
___Unsafe
9.3 레거시 라이브러리 연동
___libc 사용하기
___OS 자료형
___레거시 코드를 러스트로 마이그레이션하기 위한 단계별 전략
9.4 리눅스 시스템 프로그램 만들기
___공유 메모리 다루기
___mmap으로 프로세스 간 파일 공유
___ioctl로 디바이스 제어하기
___시그널 핸들러 다루기
___DBus 서버/클라이언트 개발
9.5 요약

▣ 10장: 커널 개발을 위해 알아야 할 것
10.1 리눅스 커널의 역사
___리눅스 운영체제와 리눅스 커널
___리눅스 커널의 역사
___리누스 토발즈와 타넨바움 교수의 논쟁
___모놀리식 커널과 마이크로 커널
___리눅스 커널의 성공 요인
___리눅스 커널 관리 및 개발
___리눅스 커널 코드 반영 방법
___리눅스 운영체제와 유닉스
10.2 커널 개발을 위한 환경 설정
___러스트 툴체인 다운로드 및 설치 방법
___러스트 커널 다운로드
___러스트 커널 빌드 방법
___QEMU 환경 구축
10.3 러스트 커널 모듈 빌드 및 실행
10.4 요약

▣ 11장: 리눅스 커널 아키텍처
11.1 리눅스 커널 아키텍처
11.2 프로세스 관리
___프로세스의 개념과 특징
___스레드
___프로세스 상태와 생명주기
___프로세스 관리를 위한 자료 구조
___프로세스 스케줄링
___프로세스 동기화와 통신
11.3 메모리 관리
11.4 파일 시스템
11.5 유저 모드 vs. 커널 모드
11.6 요약

▣ 12장: C를 사용해 커널 모듈 만들기
12.1 빌드 환경 구성
12.2 간단한 커널 모듈 만들기
12.3 유저 모드 프로그램과 상호작용하기
12.4 요약

▣ 13장: 러스트 이용한 커널 개발
13.1 러스트 포 리눅스
13.2 러스트를 이용한 커널 개발
13.3 커널 개발을 돕는 다양한 크레이트
___커널 크레이트
___할당 크레이트
___코어 크레이트
13.4 러스트를 사용해 간단한 커널 모듈 만들기
___간단한 커널 모듈 만들기
___리눅스 커널에서 FFI 사용하기
___커널 모듈에 파라미터 넘기기
___유저 프로그램과 상호작용하기
___커널의 동기화 요소 사용하기
___유저 모드에서 사용 가능한 커널 세마포어 구현하기
13.5 요약

▣ 14장: 커널 모듈 개발 심화
14.1 커널 핵심 모듈 개발
___커널 메모리 할당
___커널 스레드 구현
___커널 인터럽트 핸들러 구현
14.2 DMA와 제로 카피 전략
___제로 카피 전략
___DMA
___mmap과 DMA를 사용한 제로 카피 전략
14.3 드라이버 레벨에서 ioctl 구현
___ioctl 구현
14.4 간단한 문자 드라이버 만들기
___문자 드라이버 구현
14.5 간단한 블록 디바이스 드라이버 만들기
___블록 디바이스 드라이버 구현
14.6 요약

▣ 15장: 커널 디버깅
15.1 성능 프로파일
___ftrace
___eBPF
15.2 로깅
___커널 로그 출력 및 확인
___러스트로 커널 로그 출력 방법
15.3 시스템 프로세스 정보 확인 방법
15.4 커널 패닉 분석
___kdump 사용법
15.5 요약

▣ 16장: 종합 예제
16.1 LXC를 사용해 나만의 컨테이너 만들기
16.2 Fuse를 이용한 유저 영역 파일 드라이버 만들기
___파일 드라이버 구조
___FUSE
___FUSE를 이용한 유저 영역 파일 드라이버 만들기
16.3 요약

▣ 17장: 마치며
17.1 정리하기
17.2 러스트의 미래

▣ 부록A: 웹 어셈블리
A.1 웹 어셈블리 소개
A.2 웹 어셈블리의 작동 과정
A.3 웹 어셈블리 개발하기
___개발 환경 구성
___간단한 웹 어셈블리 만들기
___wasm을 구동할 웹 서버 설정
A.4 yew를 사용해 간단한 SPA 구동하기

▣ 부록B: 크로스 플랫폼
B.1 크로스 플랫폼 소개
___ARM64용 Hello World 개발하기
B.2 Android NDK 개발
___개발 환경 구성
B.3 간단한 NDK 샘플 만들기
___자바와 러스트의 성능 비교

▣ 부록C: GUI 프로그래밍
C.1 ICED
C.2 egui
C.3 gtk-rs

작가정보

저자(글) 김백기

작은 중소기업부터 시작하여 대형 포털사, 대기업 등 다양한 회사에서 오랜 기간 개발자로 커리어를 쌓았습니다. 백엔드 시스템, 모바일 앱뿐만 아니라 시스템 프로그래밍, 임베디드 프로그래밍 등을 경험했습니다. 지금은 아키텍트로 대규모 시스템 설계를 주 업무로 하고 있으며 소프트웨어 최적화에 관심이 많습니다.

저자(글) 우충기

대한민국의 주요 전자 기업 중 한 곳에서 근무하는 엔지니어로 카이스트 전산학과 대학원을 졸업하였으며, 지금까지 리눅스 커널 및 시스템 개발 분야에서 20여 년간의 경력을 쌓아왔습니다. 평소 회사 제품 원가 절감이라는 비즈니스 요구사항 달성을 위해 리눅스 커널과 시스템 쪽 성능 개선, 메모리 사용량 최적화에 관심이 많습니다. 회사에서 소프트웨어 아키텍트로도 활동하고 있으며, 소프트웨어 품질 향상을 위해 소프트웨어 아키텍처의 개선 작업에 참여하고 있습니다.