Formation Linux : écriture de drivers et programmation noyau

– Architecture du noyau Linux : noyau monolithique modulaire, modes superviseur et utilisateur, rôle des pilotes
– Cycle de développement et licence : branches stables et LTS, patchs, licence GPL et exportation des symboles
– Sources et chaîne de construction : organisation de l’arborescence, Kconfig, Kbuild et Makefile, compilation du noyau et des modules
– Cross-compilation : construction d’un noyau et de modules pour une cible embarquée ARM
– Structure d’un module : fonctions d’initialisation et de sortie, macros, paramètres de module, métadonnées
– Chargement et dépendances : insmod, modprobe, depmod, chargement automatique et paramètres de boot
– Mise au point du code noyau : printk et debug dynamique, lecture d’un oops, ftrace, débogage avec GDB/KGDB sous QEMU

– Appels système : mécanisme de passage en mode noyau, suivi des appels d’une application avec strace
– Contexte d’exécution : tâches et processus, pointeur current, contexte processus et contexte d’interruption, préemptibilité
– Espaces d’adressage : séparation utilisateur / noyau, échanges sécurisés avec copy_to_user et copy_from_user
– Services du noyau sans libc : chaînes, blocs mémoire, conversions, gestion des erreurs
– Structures de données du noyau : listes chaînées, kfifo, macro container_of
– Gestion du temps : jiffies, timers haute résolution, attentes, actions différées et threads noyau
– Interface /proc : exposition d’informations sur les processus et le système

– Fichiers spéciaux et VFS : place du driver entre l’application, le Virtual File System et le matériel
– Numéros majeur et mineur : réservation dynamique, enregistrement du périphérique caractère (cdev)
– Classes de périphériques : création automatique des nœuds /dev avec udev
– Méthodes file_operations : open, release, read, write et gestion de la position
– Paramétrage par ioctl : définition des commandes, échange de structures, contrôle des arguments
– Misc devices : enregistrement simplifié pour les pilotes à nœud unique

– Nécessité de la synchronisation : préemption, multiprocesseur, mise en évidence des race conditions
– Mutex, spinlocks et variables atomiques : choix du mécanisme selon le contexte d’exécution
– Files d’attente (waitqueue) : appels système bloquants et non bloquants
– Multiplexage des entrées-sorties : implémentation de poll pour select, poll et epoll
– Allocation mémoire : kmalloc, vmalloc, allocation de pages et caches slab, adresses virtuelles et physiques
– Projection en espace utilisateur : implémentation de mmap pour partager un tampon sans copie
– Diagnostic du driver : exposition d’informations de mise au point avec debugfs

– Linux Device Model : bus, devices, drivers et classes, comptage de références avec kobject et kref
– sysfs : lecture et création d’attributs pour configurer un driver depuis l’espace utilisateur
– Hotplug et uevents : notification des ajouts et retraits de périphériques, règles udev
– Device Tree : description du matériel non découvrable, nœuds, propriétés et chaîne de compatibilité
– Platform drivers : association driver / périphérique, fonctions probe et remove
– Ressources managées (devm_*) : libération automatique à la déconnexion pour des drivers plus robustes
– Firmware et gestion d’énergie : chargement de firmware, principes du suspend/resume et du runtime PM

– Accès aux registres : ports d’entrée-sortie, I/O mappées en mémoire (ioremap), fonctions d’accès portables
– GPIO : pilotage par l’API à descripteurs (gpiod) et déclaration dans le Device Tree
– Gestion des interruptions : enregistrement d’un handler, contraintes du contexte d’interruption, activation et désactivation
– Traitement différé : threaded interrupts et workqueues ; tasklets en héritage dans le code existant
– Latence et temps réel : priorités des threads d’interruption, mesure de la latence
– DMA : principes des transferts directs, allocation de tampons cohérents et API DMA
– Bus PCI Express : détection et enregistrement d’un driver, Base Address Registers, interruptions MSI

– Architecture réseau de Linux : interfaces bas niveau, pile IP et protocoles
– Périphérique net_device : allocation, enregistrement, activation et adressage
– Socket buffers (sk_buff) : émission et réception de paquets, trajet des données dans la pile IP
– Statistiques et état de l’interface : compteurs d’utilisation, gestion du lien
– Périphériques bloc : principe, enregistrement d’un disque générique, traitement des requêtes avec blk-mq
– Stockage et VFS : partitionnement, formatage, montage et rôle des caches disque

– Sous-système USB de Linux : USB core, énumération, descripteurs, interfaces et endpoints
– Enregistrement d’un driver USB : table d’identifiants, fonctions probe et disconnect
– URB (USB Request Blocks) : construction, soumission et fonctions de complétion
– Types de transferts : Control, Bulk, Interrupt et Isochrone selon les usages
– Robustesse du driver : déconnexions à chaud, accès concurrents et écritures successives rapides