Le développement de drivers Linux est une compétence rare et recherchée dans l’industrie. Cette formation, alignée sur les noyaux 6.x récents, vous apprend à concevoir des modules noyau en C, à décrire le matériel via Device Tree, à gérer les interruptions, à implémenter des drivers character et block, et à intégrer des périphériques USB ou réseau. Vous découvrez également les outils de diagnostic kernel modernes ftrace, perf, KASAN et lockdep, les alternatives comme eBPF, l’arrivée de Rust dans le mainline, et la sécurité kernel pour un cycle de développement complet du prototype au déploiement.

Public visé

Administrateurs systèmes avec des compétences en développement, développeurs.

Prérequis

Avoir suivi les formations suivantes, ou en maîtriser les thèmes abordés :

Objectifs pédagogiques

À l’issue de cette formation, vous serez capable de :

Développer des modules noyau et drivers Linux sur kernel 6.x
Décrire le matériel via Device Tree et l’intégrer au driver
Diagnostiquer un driver avec ftrace, perf, KASAN et kgdb
Identifier les cas où eBPF est préférable à un driver
Situer l’apport de Rust for Linux dans l’écosystème actuel
Appliquer les meilleures pratiques de l’industrie
Implémenter la sécurité pour la gestion des accès et des ressources
Utiliser un assistant IA de façon critique en programmation kernel

Programme

Jour 1

Noyau, modules et matériel

Noyau Linux et écosystème actuel

situer le développement de drivers dans l’écosystème kernel 6.x
distinguer userspace et kernel space
identifier les alternatives modernes — eBPF, Rust for Linux
reconnaître les types de drivers — character, block, network, misc
maîtriser le cycle de vie d’un module noyau

Travaux pratiques :

Écrire et charger un Hello-World Driver, observer les messages dans dmesg

Environnement et outils de développement

naviguer dans les sources kernel et les références LWN
configurer et compiler un noyau avec make menuconfig
compiler des modules out-of-tree avec Kbuild
diagnostiquer via les messages noyau — printk, dynamic debug
gérer les dépendances entre modules — modprobe, depmod

Travaux pratiques :

Configurer, compiler un noyau personnalisé, l’installer sur cible et y charger un module out-of-tree

Description du matériel : Device Tree

comprendre le principe et la syntaxe DTS
relier driver et DT — compatible, of_match_table
mettre en œuvre un cas concret sur cible ARM ou via émulation QEMU

Travaux pratiques :

Décrire un périphérique fictif en Device Tree et écrire le driver correspondant sous QEMU

Gestion des ressources matérielles

accéder au matériel — ioremap, request_region, MMIO, port I/O
exploiter le modèle de périphériques Linux
gérer le DMA et la cohérence de cache

Travaux pratiques :

Implémenter l’accès MMIO d’un driver de périphérique simple

Threads, scheduling et synchronisation

distinguer les contextes d’exécution — process, interrupt, softirq
exploiter threads kernel, scheduler et préemption
synchroniser les accès — spinlocks, mutex, RCU, completions
gérer les interruptions en top-half / bottom-half
maîtriser les API de temps — timers, hrtimers, jiffies

Travaux pratiques :

Étendre le driver précédent avec un threaded IRQ et une protection par spinlock

Jour 2

Mémoire, périphériques et débogage kernel

Allocation mémoire kernel

choisir l’allocateur kernel adapté
comprendre les contraintes des GFP flags — GFP_KERNEL, GFP_ATOMIC selon le contexte
éviter les débordements de pile noyau dont la taille est limitée
gérer les mappages et la mémoire utilisateur via mmap

Travaux pratiques :

Concevoir un cache d’objets via kmem_cache_create et mesurer son impact

Débogage et diagnostic kernel

tracer dynamiquement avec ftrace
profiler avec perf
instrumenter dynamiquement avec kprobes / uprobes
déboguer à distance avec kgdb
détecter les défauts mémoire — KASAN, KFENCE, lockdep, kmemleak
analyser un panic ou un oops à partir de la stack trace

Travaux pratiques :

Provoquer une corruption mémoire dans un module, la diagnostiquer sous KASAN puis corriger

Bibliothèques et frameworks kernel

s’appuyer sur les sous-systèmes existants — input, regmap, GPIO, IIO, hwmon
privilégier l’intégration aux frameworks plutôt que la réinvention

Travaux pratiques :

Exposer un capteur fictif via le sous-système IIO

Périphériques caractère et bloc

implémenter un driver caractère via cdev et les opérations fichiers
relier le driver au VFS et à l’espace utilisateur
concevoir un driver bloc avec blk-mq
déporter le travail — workqueue, tasklets, threaded IRQ
exploiter les API DMA — cohérence, scatter-gather

Travaux pratiques :

Implémenter un driver caractère avec une commande ioctl personnalisée

Systèmes de fichiers

enregistrer un système de fichiers
gérer les appels lecture/écriture et le page cache
communiquer avec le sous-système VFS

Travaux pratiques :

Exposer un mini système de fichiers en mémoire montable

Jour 3

Réseau, USB, sécurité et IA

Drivers réseau

comprendre l’architecture netdev et NAPI
créer et activer une interface, exposer ses statistiques
émettre et recevoir des paquets via sk_buff
positionner eBPF / XDP pour le fast path

Travaux pratiques :

Implémenter une interface réseau virtuelle qui boucle les paquets

Périphériques USB

exploiter le sous-système USB via usb_driver
communiquer avec le périphérique via URB et endpoints
gérer hot-plug, déconnexion et multi-périphériques
intégrer les périphériques PnP

Travaux pratiques :

Écrire un driver USB minimal pour un périphérique simple ou émulé

Sécurité kernel et bonnes pratiques

comprendre le modèle de sécurité — capabilities, namespaces
valider les entrées userspace — copy_from_user, access_ok
éviter les pièges classiques — TOCTOU, integer overflow, use-after-free
exploiter les protections matérielles — KASLR, SMEP, SMAP, lockdown
soigner logs et gestion des panic

Travaux pratiques :

Auditer un driver pour identifier des vulnérabilités classiques et les corriger

Mise à jour, énergie et firmware

gérer le versionning et l’ABI/API kernel
intégrer la gestion d’énergie — runtime PM, suspend/resume
charger un firmware depuis le driver

Travaux pratiques :

Ajouter le support runtime PM à un driver existant

C et IA en programmation kernel

identifier les cas d’usage en programmation kernel
repérer les pièges spécifiques — APIs internes hallucinées car changent vite entre versions, contextes atomic vs sleepable mal pris en compte, GFP flags incorrects
formuler des prompts efficaces
vérifier systématiquement — compilation contre les vrais headers, KASAN, lockdep, checkpatch.pl

Travaux pratiques :

Projet final : développer un driver d’un cas d’usage spécifique, le faire passer checkpatch.pl et le valider sous KASAN avec relecture assistée par IA

Modalités d’évaluation des acquis

En cours de formation, par des travaux pratiques. En fin de formation, par un questionnaire d’auto-évaluation.

Voir aussi

Vous serez peut-être intéressés par les formations suivantes :

Formation DEV-C-300 — Conception de drivers en C. Domaine : Développement. Niveau : Avancé. Durée : 3 jours (21 heures). Mots-clés : c, drivers, linux, kernel, système. Cylian Formation, Dijon.