Linux
kernel
カーネル

linuxカーネルに関する独自コードをメンテナンスするコスト

はじめに

Linuxカーネル(以下カーネル)に機能を追加する、あるいはバグを修正する自作コードには次の2つの種類があります。

  • 独自カーネルモジュールの作成
  • カーネル本体の変更

これらの変更を長期間メンテナンスするには次の方法があります。

  • Linux開発コミュニティに働きかけて独自コードを公式のmainlineと呼ばれるツリーにコードをマージする
  • 独自コードを自分自身で管理して、mainlineカーネルの新バージョンが出るたびに追従する(後述)

本記事は前者の方法に比べて後者の方法をとった場合に必要なメンテナンスコストについて述べます。本記事の表題にはlinuxと書いていますが、linuxと似たようなドラスティックな変更(後述)を是とするソフトウェアすべてに当てはまる話なのでlinuxの開発には関係ないかたにも役立つ話かと思います。

独自カーネルモジュールを作る場合の追従コスト

昨日書いたエントリで述べたように、カーネルは外部インターフェース(ユーザ空間とのインターフェース)は基本的には変えませんが、内部インターフェースは変わることがままあります。インターフェースを変更するときはmainlineにマージされれているコードについては、インターフェースを変更した人やサブシステムメンテナなど1が責任を持って新しいインターフェースに置き換えます。

このときmainlineにマージされていないコードに対する配慮はありません。したがって、ある時点のカーネルバージョンに対応する独自カーネルモジュールを作っており、それが問題なくビルドできていたとしても、そのモジュールが使っているインターフェースがその後に変更された場合、それはビルドできなくなります。このため独自カーネルモジュールを新しいバージョンに追従するためのコストがかかります。さらに独自モジュールのコード量は時を経るほど増えていくので、一回の追従に必要なコストは増える一方です。

module (2).jpg

複数バージョンに対してモジュールをメンテナンスしなければいけない場合は、古いバージョンのモジュールに対して新しいバージョンの変更をバックポートしないといけないので、どんどん追従が困難になっていきます。

module_multi (4).jpg

これを続けると、自作コードの量(ここではパッチの数)が増えるにつれて、および、追従すべきカーネルの数が増えるごとに追従コストが爆発的に増えていくことがわかっていただけると思います。

カーネル本体を変更する場合の追従コスト

カーネル本体を変更する場合は前節において説明した独自カーネルモジュールのメンテナンスにかかるコストに加えて、別のコストもかかります。カーネル内インターフェースが変わらなくても、関数内の処理論理が書き換えられることがあります。このときは既存カーネルに対する変更を新しい処理論理に合わせて変更する必要があります2

kernel.jpg

複数のmainlineカーネルバージョンに対して変更部分を管理しなくていけない場合、上記のコストに加えて、古いバージョンに対して新しいカーネルに入っている重大バグの修正パッチもバックポートし続ける必要があります。これらの修正はパッチ数でいうと1バージョンごとに数百、数千個にも及びますので、大量の人的資源が無いと現実的ではありません。

kernel_multi.jpg

バックポートのコストはstableカーネルというものを使えば減らせます。linuxには各バージョンのmainlineカーネルに対して、より新しいカーネルからの重大なバグ修正パッチをバックポートしたstableカーネルがしばらくの間提供されます。これを利用すれば、古いカーネルについては新しいstableカーネルが出るたびに、その上に独自コードのパッチを(必要であれば変更した上で)当てたものを使えば、相当バックポートコストが減らせます3。ただしそれもstableカーネルが出る期間が終わるまでです。それ以降は自分でなんとかする必要があります。

kernel_multi_stable.jpg

上記の図の中では、見やすさのために新しいカーネルからのバックポートのためのコード量を少な目に表現していますが、実際には独自コードよりもはるかに大きいことにご注意ください。

バックポートコストを減らすためには、stableカーネル以外にも、ある時点でのstableカーネルをもとにディストリビューション独自の変更をしたディストリビューションカーネルをベースにするという方法もあります。ただしここで一点注意があります。ディストリビューションが提供するカーネルは独自パッチを当てるとサポート対象にならなくなります。商用ディストリビューションのサポートを受けているかたは、独自コードを使いたければmainlineに取り込んだ上でディストリビュータに取り込み依頼をしなければなりません。

mainlineにマージすべきか否か

これまでの記述によって「では必ずmainlineにマージすべきなの?」と思うかもしれませんが、必ずしもそうとも限りません。前述の追従コストに比べてmainline化のコストが高くなるような場合は、あえて独自管理をすることもありえます。その他にも、コードを一般公開したくないなどの理由によってmainline化をしない選択をする場合もあります。

おわりに

本記事で書いたことは一度体験してみないとなかなかわからないため、これまでに様々な組織が独自管理を選択した後に収集がつかない状態になった結果、独自コードのmainline化を基本方針にするようになりました。本記事を読むことによって、みなさまが先人達の轍を踏むことなく独自コードの将来的な管理コストについて学んでいただければ幸いです。


  1. サブシステムメンテナがみなさん自身なら自分で書き換えなければいけないこともありますが… 

  2. 場合によっては当該パッチが不要になることもあります。 

  3. stableカーネルに似たような長期間サポートされるカーネルは他にも色々ありますが、それらについての説明は省略します。