Linux – Drivers & Programmation noyau

Tour d’horizon du système et du rôle du noyau

Présentation des sites de référence

Spécificités des noyaux 3.x et 4.x

Cycles de développement du noyau, les patchs

Mode de fonctionnement & appels système

Organisation des sources

Présentation du principe de compilation du noyau et des modules

Dépendances & symboles

Exportations de symboles

Chargement du noyau

Travaux pratiques : Compilation et installation d’un noyau 3.x.

Outils de développement

Outils de débogage

Environnement de débogage

Outil de gestion de version

Traçage des appels système

Travaux pratiques : installation de l’ensemble des outils et des sources pour la conception d’un module. Paramétrage vers le chargement automatique de module au boot. Déploiement et test de modules simples

Tour d’horizon des types de périphériques

Fonctionnement du noyau & protection des variables globales

Représentation des threads

Contexte d’exécution

Scheduler de Linux et la préemption

Création d’un thread noyau

Travaux pratiques : conception d’un module de création de thread noyau lors de l’insertion et déchargement lors du rmmod. Ecriture d’un module d’horodatage d’événements à haute précision. Ecriture d’un module d’information sur les structures internes des processus.

Gestion et organisation mémoire pour les architectures UMA et NUMA

Espace d’adressage utilisateur et noyau

Gestion de pages à la demande

Allocations mémoire, buddy allocator, kmalloc, slabs et pools mémoire

Gestion des accès à la mémoire

Problèmes liés à la sur-réservation de la mémoire

Gestion de la mémoire sur x86 et ARM, utilisation des Hugepages

Optimisation des appels systèmes

Synchronisations & attentes dans le noyau

Ticks & Jiffies dans Linux

Horloge temps réel, RTC (real Time Clock), implémentation des timers

Interface timers haute résolution & estampilles

Outils spécifiques au noyau, listes chaînées, kfifo et container_of

Interface noyau avec /proc par le procfs

Travaux pratiques : Usage des timers et des estampilles & implémentation d’un accès au procfs. Mise en œuvre de l’allocation mémoire dans le noyau et optimisation à l’aide des slabs.

Conception de pilotes de périphériques caractère

Virtual File System

Méthodes associées aux périphériques caractères

Gestion des interruptions DMA & accès au matériel

Enregistrement des pilotes de périphériques de type caractère et optimisations

Travaux pratiques : rédaction progressive d’un pilote périphérique en mode caractère. Implémentation des synchronisations d’entrée-sortie entre threads et avec la routine d’interruption. Implémentation de l’allocation mémoire.

Introduction au framework

Les objets drivers, device driver, bus et class

Utilisation et génération des attributs présentés dans le sysfs

Interface avec le hotplug, méthodes match, probe et release

Gestion du firmware

Gestion de l’énergie, méthodes de gestion de l’énergie

Travaux pratiques : implémentation d’un bus, d’un driver et d’un device driver. Adaptation du pilote de périphériques caractère. Exemple d’utilisation de l’interface.

Principe des périphériques en mode bloc & enregistrement du driver

Callback de lecture et écriture & support du formatage et opérations avancées

Présentation de l’ordonnanceur des entrées-sorties par bloc du noyau

Conception des systèmes de fichiers

Enregistrement d’un nouveau système de fichiers

Travaux pratiques : exemple de pilote complet de périphérique virtuel. Exemple d’un système de fichiers personnalisé.

Gestion des interfaces réseau sous Linux

Utilisation des skbuff

Les hooks netfilter

Intégration d’un protocole

Travaux pratiques : exemple de driver réseau pour périphérique virtuel & implémentation de protocole réseau

Principe des périphériques USB & interface avec le module USB-core

Interaction du périphérique avec le noyau Linux

Construction d’un URB (USB Request Block)

Les gadgets USB

Travaux pratiques : enregistrement d’un driver USB & écriture d’un driver en mode isochrone