Noyau Linux

Linux
Développeurs	Linus Torvalds et des milliers de contributeurs
Dernière version	2.6.35.4
Version avancée	2.6.36-rc3
Écrit en	C
Environnement	Type UNIX
Type	Noyau
Licence	GNU GPL 2
Site Web	www.kernel.org

Le noyau Linux est un noyau de système d'exploitation de type UNIX. Le noyau Linux est un logiciel libre développé essentiellement en C par une large communauté de contributeurs. Formellement, « Linux » est le nom du seul noyau, mais dans les faits, on appelle souvent « Linux » l'ensemble du système d'exploitation, aussi appelé « GNU/Linux », voire l'ensemble d'une distribution Linux.

Le noyau est le cœur du système, c'est lui qui s'occupe de fournir aux logiciels une interface pour utiliser le matériel. Le noyau Linux a été développé par Linus Torvalds au début des années 1990 pour les compatibles PC, d'architecture x86. Depuis, il a été porté sur nombre d'architectures dont m68k, PowerPC, StrongARM, Alpha, SPARC, MIPS, etc. Il peut être au cœur autant d'un ordinateur personnel que d'un superordinateur, voire d'un système embarqué tel un téléphone portable ou un assistant personnel.

Ses caractéristiques principales sont d'être multitâche et multi-utilisateur. Il respecte les normes POSIX ce qui en fait un digne héritier des systèmes UNIX. Au départ, le noyau a été conçu pour être monolithique. Ce choix technique fut l'occasion de débats enflammés avec Andrew S. Tanenbaum, professeur à l'université libre d'Amsterdam, qui avait développé Minix, Andrew Tanenbaum arguant que les noyaux modernes se devaient d'être des micro-noyaux et Linus répondant que les performances des micronoyaux n'étaient pas bonnes. Depuis sa version 2.0, le noyau, bien que n'étant pas un micro-noyau, est modulaire, c'est-à-dire que certaines fonctionnalités peuvent être ajoutées ou enlevées du noyau à la volée (en cours d'utilisation).

Le noyau Linux a vu le jour le 5 octobre 1991, date à laquelle Linus Torvalds annonça sur le forum Usenet comp.os.minix la disponibilité d'une ébauche de son système d'exploitation. C'était la version 0.02, la 0.01 ayant eu une diffusion plus que confidentielle.

Avant d'être un noyau, Linux était un émulateur de terminal que Linus utilisait pour se connecter via un modem au serveur de son université. Il fut écrit à l'origine de façon ludique et initié pour comprendre le fonctionnement de son ordinateur, un 80386, machine très avancée pour son époque, car gérant à la fois une commutation maître/esclave efficace (à la différence du 80286) et une mémoire virtuelle. Après ajout de diverses fonctionnalités dont un système de fichiers hérité de Minix, Linus orienta son projet vers quelque chose de plus ambitieux : un système d'exploitation aux normes POSIX.

La mise à disposition du code de Linux (qui s'était appelé Freax dans la chambre de Linus) suscita beaucoup d'intérêt de la communauté des utilisateurs de Minix. Dès lors, des milliers de programmeurs bénévoles à travers le monde ont participé à ce projet.

Rythme de développement

Début 2010, le noyau linux était composé de plus de 11,5 millions de lignes de code dans 28 000 fichiers, alors que 2,8 millions de lignes ont été ajoutées entre noël 2008 et janvier 2010.

Entre 2005 et mi-2009, 5 000 développeurs et 500 entreprises ont participé à l'écriture du noyau. Le nombre de patchs proposé est en augmentation, notamment depuis la version 2.6.25.

Si au début de son histoire le développement du noyau Linux était assuré par des développeurs bénévoles, les principaux contributeurs sont aujourd'hui un ensemble d'entreprises, souvent concurrentes, comme Red Hat, Novell, IBM ou Intel.

La licence du noyau Linux est la licence publique générale GNU dans sa version 2. Cette licence est libre, ce qui permet d'utiliser, copier et modifier le code source selon ses envies ou ses besoins. Ainsi, quiconque a les connaissances nécessaires peut participer aux tests et à l'évolution du noyau. Le noyau Linux 2.6 fournit plus de 200 appels systèmes possibles aux applications listés dans <asm/unistd.h>

Rôle de Linus Torvalds

Linus Torvalds, créateur du noyau Linux, est le mainteneur officiel depuis le début en 1991. Il est une sorte de « dictateur bienveillant », l'autorité en termes de choix techniques et organisationnels. Les différentes versions du noyau publiées par Linus Torvalds s'appellent « mainline » ou « vanilla » en anglais. Ce sont les noyaux vanilla qui sont intégrés par les distributeurs, avec parfois l'addition de quelques patchs de sécurité, de corrections de bogue ou d'optimisations.

Processus de développement

Linus Torvalds a apporté un changement radical dans la façon dont les systèmes d'exploitation sont développés, en utilisant pleinement la puissance du réseau Internet.

Le processus de développement de Linux est public sur Internet : les sources du noyau y sont visibles par tous, les modifications de ces sources sont publiées et revues sur Internet et sont également visibles de tous. Un cycle de développement incrémental et rapide a été adopté depuis le début (aujourd'hui une nouvelle version est publiée toutes les 8 semaines environ), qui a permis de construire autour de Linux et d'Internet par couches successives une communauté dynamique de développeurs / sociétés / utilisateurs.

Mode de numérotation

Les numéros de version du noyau sont composés de trois chiffres : le premier est le numéro majeur, le second le numéro mineur. Avant l'apparition des versions 2.6.x, les numéros mineurs pairs indiquaient une version stable et les numéros mineurs impairs une version de développement. Ainsi, les versions 2.2, 2.4 sont stables, les versions 2.3 et 2.5 sont des versions de développement. Cependant, depuis la version 2.6 du noyau, ce modèle de numérotation stable/développement a été abandonné et il n'y a donc plus de signification particulière aux numéros mineurs pairs ou impairs. Le troisième chiffre indique une révision, ce qui correspond à des corrections de bogues, de sécurité ou un ajout de fonctionnalité, par exemple 2.2.26, 2.4.30 ou 2.6.11.

Depuis mars 2005 (date de publication du noyau 2.6.11), Greg Kroah-Hartman et Chris Wright tentent de maintenir une branche stabilisée du noyau vanilla de Linus Torvalds. Leur but est de stabiliser davantage le noyau, en intégrant des patchs de correction de bogues, de sécurité ou d'optimisation simples et concis répondant à des critères stricts. Cette branche n'intègre pas de nouvelles fonctionnalités. Leurs publications sont indiquées par un quatrième chiffre de version, par exemple 2.6.11.1 ou 2.6.11.6. Le fonctionnement technique et organisationnel de cette branche sera éprouvé avec le temps, sur le moyen et long terme.

Les patches

Il existe une multitude de patches disponibles sur Internet au sein de la communauté de développement du noyau Linux. Les plus connus sont ceux d'Andrew Morton suffixés -mm qui intègrent des patchs de fonctionnalités et optimisations très demandées et les WOLK (Working Over Loaded Kernel, noyau surchargé fonctionnel).

Les patches d'Ingo Molnár suffixés -rt sont utilisés par les distributions linux multimédia comme DeMuDi ; ils permettent d'obtenir les performances temps réel nécessaires au bon fonctionnement d'une station de travail multimédia professionnelle. Ingo Molnar est aussi à l'origine du débogueur du noyau kgdb.

Chronologie

Frise chronologique

Compilation du noyau

Comme tous les programmes informatiques, le noyau Linux est écrit sous forme de code source, et doit être transformé en binaire exécutable pour être compris par le microprocesseur.

Dans la mesure où le code source du noyau Linux contient une très grande quantité de fonctionnalités, l'utilisateur peut choisir de n'intégrer que celles qui lui sont utiles ou les mieux adaptées (de nombreuses fonctionnalités sont concurrentes) : c'est l'étape de configuration du noyau.

La grande majorité des distributions GNU/Linux installent un noyau précompilé qui répond aux besoins des postes de travail et serveurs. Il est donc rare qu'un utilisateur de Linux ait à compiler un noyau. La compilation permet d'adapter le noyau à des besoins spécifiques comme le support de matériels peu répandus, l'activation de fonctionnalités expérimentales ou l'adaptation à des plate-formes particulières comme des systèmes embarqués.

Le code source du noyau Linux est disponible sur le site kernel.org, mais les distributions GNU/Linux fournissent également des sources empaquetées sur leurs dépôts.

L'étape la plus importante de la compilation d'un noyau personnalisée est la configuration du noyau. Les options de configuration sont déclarées dans le fichier .config, chacun correspond à une fonctionnalité du noyau, qu'on décide d'utiliser ou non. Trois choix sont généralement possibles:

• Y: la fonctionnalité est compilée et implantée dans l'image du noyau
• M: la fonctionnalité est compilée comme module
• N: la fonctionnalité est ignorée

Certaines options consistent en un choix binaire: la fonctionnalité est incluse dans l'image noyau ou n'est pas compilée

Il existe plusieurs outils pour régler la configuration:

• make config: programme en mode texte qui énumère toutes les options et demande d'entrer son choix
• make menuconfig: utilitaire en mode texte écrit avec ncurses, il permet une navigation plus aisée dans la configuration
• make gconfig: outil graphique basé sur GTK
• make xconfig: outil graphique basé sur Qt
• make oldconfig: outil permettant de récupérer les paramètres de configuration d'une ancienne version du noyau afin de ne pas recommencer la configuration à zéro.

La compilation du noyau et des modules se fait par la commande make. Cette opération peut être assez longue. L'installation est automatisée, les commandes make install et make modules_install permettent respectivement d'installer l'image du noyau et ses modules.

Pour permettre l'amorçage du système avec la nouvelle image de noyau, il est nécessaire de configurer le chargeur de démarrage ( LILO , GRUB ) pour qu'il exécute l'image du noyau au démarrage.

La distribution Debian fournit un utilitaire, make-kpkg qui automatise les étapes ci-dessus et crée des paquets Debian. Ceci permet ensuite un déploiement facile sur un grand nombre de machines.

Gestion de versions

Le noyau a longtemps été maintenu sans système de gestion de versions, avant tout parce que Linus Torvalds n'aimait pas les systèmes de gestion de version centralisés.

En 2002, le noyau est passé à Bitkeeper, un système qui correspondait aux exigences techniques de Torvalds. Bitkeeper a été offert à Torvalds et à quelques autres, mais il ne s'agissait pas d'un logiciel libre, ce qui a suscité des controverses dans la communauté. Le système n'était pas interopérable avec des systèmes de gestions de version libres tels que CVS et SVN

En avril 2005, les efforts d'Andrew Tridgell pour faire de l'ingénierie inverse sur Bitkeeper ont conduit BitMover, l'éditeur de ce logiciel, à arrêter son soutien au développement de Linux. En réaction, Linus Torvalds et quelques autres ont développé un nouveau système de gestion de versions : Git. Git a été écrit en quelques semaines, et deux mois plus tard, sortait une nouvelle version du noyau développée avec Git. Le projet Git a ensuite volé de ses propres ailes, puis il a été largement adopté dans la communauté du logiciel libre.

Portabilité

Bien que le but initial du projet était seulement de fournir un noyau de type UNIX sur les architectures x86, la disponibilité des sources a permis à des contributeurs de l'adapter à un très grand nombre d'architectures.

Linux peut fonctionner sur des ordinateurs grand public aussi bien sur les super-calculateurs comme le Roadrunner, classé premier au Top 500 de juin 2009, dans ce même classement Linux était présent sur 88,6 % des machines. Le noyau est également utilisé sur des systèmes embarqués, pourvus d'un matériel plus modeste; parmi les exemples les plus connus, on peut citer les systèmes de navigation GPS TomTom ou le téléphone HTC Magic, équipé de la distribution Linux Android.

Simple défi d'étudiant au départ, le noyau Linux est devenu, en tant que concurrence gratuite commerciale ou non, une menace pour les autres systèmes d'exploitations commerciaux. Ces dernières années, il a été la cible de campagnes publicitaires et d'actions en justice.

La nature même du développement décentralisé du noyau Linux, les milliers de participations à son évolution de la part d'entreprises ou de particuliers, et la protection du code source par la licence GPL juridiquement contestée en font une structure peu apte à se défendre de manière autonome. Face à un concurrent coriace sur le plan du rapport qualité/prix, il est donc tentant de porter la concurrence sur le terrain juridique.

1. Sur la marque : en 1995, Linux avait acquis une certaine notoriété ; un particulier eut l'idée de déposer la marque Linux, ce que personne n'avait fait (la même chose était arrivée avec MLF quelques années avant en France). La réaction fut vive dans toute la communauté, le litige se régla à l'amiable et Linus devint propriétaire du nom Linux (et donc libre de le refuser ou non à une distribution qu'il estimerait s'écarter trop du projet initial).
2. Sur les droits d'auteur : un procès opposa SCO à IBM au sujet du noyau Linux : voir à ce sujet SCO contre Linux.
3. Sur les brevets logiciels : incompatibles avec l'idée de logiciel libre et celle d'interopérabilité indispensable à leurs succès, les brevets logiciels sont une épée de Damoclès pesant sur les logiciels libres en général et Linux en particulier. De tels brevets sont délivrés aux États-Unis, mais les brevets logiciels en Europe ont été rejetés par le Parlement européen.