Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 1)

La tâche la plus difficile qu’on puisse concevoir en informatique est d’écrire un noyau de système d’exploitation. Seuls les développeurs les plus talentueux peuvent se lancer dans une telle tâche. Nous allons découvrir pourquoi en étudiant de plus près les fonctionnalités assurées par le noyau Linux, qui assure les fonctions d’un noyau Unix classique.

Le noyau Linux a été développé depuis 1991, initialement par un jeune informaticien finlandais nommé Linus Torvalds, puis au fil des années qui ont suivi avec la contribution de dizaines de milliers de développeurs dans le monde. Au fil des années, le noyau Linux est devenu ni plus ni moins que le plus grand projet collaboratif de l’histoire de l’humanité. La taille du code source du noyau Linux est réputée dépasser aujourd’hui plus de 40 millions de lignes de code : principalement du C, un peu d’assembleur, et une dynamique naissante pour y introduire du Rust.

Pour comprendre les fonctions qu’assure ce noyau, commençons par les aspects architecturaux de base.

La figure ci-dessus présente ce qui se passe sur une machine Linux allumée. La partie basse représente le matériel physique de la machine (clés USB, disques durs, cartes réseaux, clavier, souris, écran, etc.).

La partie milieu représente le noyau Linux. Seul ce noyau peut accéder au matériel, que ce soit en lecture ou en écriture.

La partie haute représente les applications qui tournent sur la machine (Firefox, etc.). Les applications ne peuvent en aucun cas accéder directement au matériel, elles ne peuvent que demander au noyau de le faire. Pour recueillir ces demandes, le noyau met à disposition des applications des appels systèmes, qui peuvent être appelés par les applications.

Parmi les applications, une a une importance particulière : le gestionnaire d’interface graphique. Historiquement les systèmes Unix, dont Linux, fonctionnaient avec un gestionnaire d’interface graphique appelé X-Window. X-Window avait des qualités : il était notamment nativement réseau, c’est-à-dire qu’une application lancée sur une machine A pouvait demander à apparaitre à l’écran d’une machine B. Pour cela il y avait une simple variable d’environnement à changer pour que le routage des fenêtres soit différent (on tapait par exemple export DISPLAY=machine_B :0 et l’application tournait sur la machine A mais ses fenêtres apparaissaient sur la machine B. C’était une époque très cool, on pouvait faire des plaisanteries envoyées sur les machines des copains). Mais X-Window avait aussi des défauts (parait-il), notamment de sécurité.

Sur les systèmes Linux modernes, Xfree86 (l’implémentation libre de X-Window) a donc été remplacé par Wayland, qui a les qualités et défauts inverses. Il n’a plus de problème de sécurité, il est probablement plus performant, mais il n’est plus réseau comme l’était X-Window.

Bref, quoi qu’il en soit, que l’on utilise X-Window ou Wayland, il y a toujours besoin de cette application un peu spéciale qu’est le gestionnaire d’interface graphique. Cette application gère les fenêtres graphiques et donc propose des primitives appelables par des environnements de bureau comme Gnome ou KDE, ou directement par vos applications graphiques si vous en programmez vous-même.