Introduction à l'architecture du noyau Linux

En première introduction, le code du noyau Linux est constitué des couches logicielles suivantes :

• Le code spécifique à l'architecture du processeur / CPU (Intel, ARM..)
• Les pilotes de périphériques
• La pile réseau
• La gestion de la mémoire
• La gestion des processus et autre code du noyau
• Le gestion des systèmes de fichiers
• L'interface / API d'appel système (exposée à l'espace utilisateur)
• Un premier espace utilisateur

Il contient également (non exhaustif):

• Du code d'initialisation
• Du code de cryptographie et de sécurité
• du code support à la virtualisation

Code spécifique à l'architecture du processeur (CPU)

Le code spécifique à l'architecture du processeur se trouve dans le dossier \arch. Il contient un sous-dossier par architecture CPU, comme \arm ou \x86. Ce code comprend la gestion de la mémoire de bas niveau, la gestion des interruptions, des routines en assembleur, le code du format exécutable et de liaison, etc.

Pilotes de périphériques

Le code des pilotes de périphériques se trouve dans plusieurs dossiers.

• \block : pilotes de périphériques bloc. Les données des périphériques bloc sont organisées en blocs de taille fixe. Les disques durs, CD-ROM, disques RAM sont des exemples de périphériques de ce type.
• \drivers : pilotes vidéo, pilotes de cartes réseau, pilotes SCSI bas niveau, etc.
• \sound : pilotes de son pour les cartes audio.

Pile réseau

Le code de la pile réseau se trouve dans le dossier \net. Il contient le code des différents protocoles réseau.

Gestion de la mémoire

Le code de gestion de la mémoire se trouve dans le dossier \mm. Il comprend la gestion de la mémoire au démarrage, l'allocation de mémoire, le mappage de fichiers en mémoire, l'échange de mémoire sur le disque dur, etc.

Gestion des processus et autre code du noyau

Le code de gestion des processus se trouve dans le dossier \kernel. Il comprend la gestion des processus, des threads, de l'ordonnancement, des piles, de la signalisation, du Berkeley Packet Filter (BPF)...

Systèmes de fichiers

Le code des systèmes de fichiers se trouve dans le dossier \fs.

Il comprend:

• le système de fichiers virtuel (VFS) qui fournit une abstraction d'interface commune pour tous les systèmes de fichiers.
• tous les systèmes de fichiers supportés par le noyau Linux (par exemple ext2 ou ext4, windows fat ou ntfs).

Interface d'appel système

L'interface d'appel système est l'ensemble des fonctions exposées par le noyau Linux à l'espace utilisateur.

Les fonctions sont définies dans le dossier relatif au domaine fonctionnel. Elles reposent sur du code commun (avec la possibilité d'utiliser du code spécifique à l'architecture).

• Par exemple, fsopenest défini dans \fs\fsopen.c avec l'utilisation de SYSCALL_DEFINE2
• SYSCALL_DEFINE2est défini dans \include\linux\syscalls.h.
• Les macros __SYSCALL_DEFINExsous-jacentes peuvent être remplacées par du code dépendant de l'architecture, si une convention d'appel différente est utilisée.
• Par conséquent, vous pouvez trouver la version x86 dans \arch\x86\include\asm\syscall_wrapper.h ou la version arm64 dans \arch\arm64\include\asm\syscall_wrapper.h

Code d'initialisation

Le dossier \init contient le code utilisé pour le démarrage du noyau. En particulier, le fichier \init\main.c est le point d'entrée.

Cryptographie et sécurité

Le code relatif à la sécurité se trouve dans les dossiers suivants

• \certs : gestion des certificats pour la vérification des signatures.
• \crypto : API et algorithmes cryptographiques de base.
• \security : Fonctionnalités ou améliorations de la sécurité pour Linux. Cela inclut SELinux, AppArmor, etc.

Support à la virtualisation

Le dossier \virt implémente KVM (Kernel Base Virtual Machine).