Système d’exploitation 2

Système d’exploitation 1 ère année Institut supérieur de gestion de Tunis Licence : Business Computing.

Plan  Chapitre 1 : Introduction aux systèmes d’exploitation  Chapitre 2 : Gestion de la mémoire  Chapitre 3 : Gestion et ordonnancement des processus  Chapitre 4 : Synchronisation des processus.

Introduction aux systèmes d’exploitation Chapitre 1.

Plan  Introduction  Définition et rôles  Les composants d’un SE  Historique  Les principaux SE  Conclusion.

Introduction  Un système informatique moderne consiste en un ou plusieurs processeurs, de la mémoire principale, des disques, des imprimantes, un clavier, un écran, des interfaces réseau et autres périphériques d’entrées/ sorties. Tout bien considéré, c’est un système complexe. Ecrire des programmes qui prennent en compte tous ces composants et les utilisés correctement, est une tâche extrêmement difficile. Pour cette raison, les ordinateurs sont équipés d’une couche logicielle appelée système d’exploitation, dont le rôle est de gérer tous les périphériques et de fournir aux programmes utilisateur une interface simplifiée avec le matériel.  il est plus simple de lire des blocs de données dans un fichier (géré par l’OS) que de tenir compte du déplacement des têtes de lecture-écriture d’un disque, du temps d’attente, etc..

Définition et rôles  Le système d'exploitation (en anglais operating system, abrégé OS), est un ensemble de programmes qui assure une gestion optimale des ressources de la machine .  Cet ensemble de programme est lancé au démarrage de la machine et sert d'intermédiaire entre l'utilisateur et la machine (figure 1.1)..

Définition et rôles Figure 1.1 Système d’exploitation.

 le niveau matériel contient le processeur, la mémoire, les périphériques, les câbles, les alimentations, etc. Ce niveau matériel est accessible au moyen du langage machine. Le langage machine possède d’ordinaire entre 50 et 300 instructions, la plupart servant à déplacer des données, réaliser des opérations arithmétiques et comparer des valeurs.  A ce niveau, les périphériques d’entrée/sorties sont contrôlés en chargeant des valeurs dans des registres. Ces opérations sont très complexes. Ce niveau est accessible à un programmeur en assembleur. Définition et rôles.

Définition et rôles  Système d’exploitation est un ensemble de programmes qui dirige l'utilisation des capacités d'un ordinateur par des logiciels applicatifs.  Il reçoit des demandes d'utilisation des capacités de l'ordinateur - capacité de stockage des mémoires et des disques durs, capacité de calcul du processeur, capacités de communication vers des périphériques ou via le réseau - de la part des logiciels applicatifs.  Le système d'exploitation accepte ou refuse ces demandes, puis réserve les ressources en question pour éviter que leur utilisation n'interfère avec d'autres demandes provenant d'autres logiciels..

Définition et rôles  En informatique, un appel système désigne le moment où un programme s'interrompt pour demander au système d'exploitation d'accomplir pour lui une certaine tâche.  L'expression désigne donc aussi la fonction primitive elle- même fournie par le noyau d'un système d'exploitation..

Définition et rôles  Un appel système consiste en une interruption logicielle. Comme toute interruption, celle-ci provoque la suspension du processus en cours d'exécution ainsi que le passage en mode noyau et le code de l'appel système est alors exécutée. Puis, le processeur repasse en mode utilisateur et le processus est réactivé ..

Définition et rôles  On peut résumer les fonctionnalités que joue un système d'exploitation dans un système informatique  comme suit :  Gestion des processus  Gestion du processeur  Gestion de la mémoire centrale  Gestion des fichiers  Gestion du stockage secondaire  Gestion des périphériques  Interprétation des commandes  Gestion des utilisateurs.

Définition et rôles  Le système d'exploitation réalise ces différents rôles tout en ayant pour objectif :  Efficacité : utilisation maximale des ressources.  Equité : pas de programme en attente indéfinie.  Cohérence entre les accès concurrents.  Protection contre les accès interdits..

Les composants d’un SE 1. Le noyau (en anglais Kernel) : c'est la partie la plus importante d'un système d'exploitation.  Le noyau d'un système d'exploitation est un ensemble de programmes qui réside constamment en mémoire centrale.  Il représente les fonctions fondamentales d'un système d'exploitation telles que la gestion du matériel (mémoire, processeur, périphériques), la gestion des processus (ordonnancement), et les fonctionnalités de communication entre les composants matérielles et logiciels d'un ordinateur..

Les composants d’un SE 2. L’interpréteur de commandes (en anglais Shell) : c'est l'interface entre l'utilisateur et le système d'exploitation. Il permet à l'utilisateur de communiquer avec le système d'exploitation par l'intermédiaire d'un langage de commandes.  Ces commandes permettent à l'utilisateur de réaliser des tâches d'administration (ex. useradd person avec Unix) de manipuler des fichiers ou des répertoires (ex. mkdir répertoire avec Unix, md répertoire avec MSDOS), de lancer des applications, de contrôler les périphériques (ex. mount floppy avec Unix) ou d'agir sur la configuration, etc.  Le shell par défaut sous Linux s'appelle bash. Mais il existe aussi csh, tcsh, zsh, …...

Les composants d’un SE 3. Le système de fichiers (en anglais filesystem) : c'est une structure de données permettant de stocker des informations et de les organiser dans des fichiers. Il fournit à l'utilisateur une vue abstraite des données enregistrées sous formes d'entités virtuelles. L'utilisateur peut ainsi enregistrer, lire, supprimer et localiser ces entités à partir d'un chemin d'accès.  On peut citer comme exemples de systèmes de fichiers : Fat16, Fat32 de MSDOS, NTFS (New Technology File System) de Windows (introduit en 1994 avec Windows NT), HFS (Hierarchical Filesystem) le système de fichiers standard des ordinateurs Macintosh, ext2-fs Extended Filesystem de linux, etc..

Historique  La 1ère génération (1945 - 1955) : les tubes à vide  Pas de système d’exploitation  La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors  Les systèmes de traitement par lots  La 3ème génération (1965 - 1980) : les circuits intégrés  Les systèmes multiprogrammés  Les systèmes à temps partagés  La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : les ordinateurs personnels  Les systèmes des ordinateurs personnels.

La 1ère génération (1945 - 1955) : les tubes à vide  Les premiers ordinateurs de première génération dotés de tubes à vides ne disposaient pas de système d'exploitation.  Les utilisateurs travaillent chacun à son tour sur l'ordinateur qui remplissait une salle entière. Chaque utilisateur était le maître unique de la machine pour la durée de sa tranche de temps. On parlait d'exploitation self-service.  Tout programme était conçu en langage machine absolu. Les langages de programmations étaient inconnus (y compris le langage assemblage)..

La 1ère génération (1945 - 1955) : les tubes à vide  L’ENIAC en 1946 (Electronic Numerical Integrator and Computer) a été créé à la Moore School of Engineering par J.P.Eckert et J.W.Mauchly. Il pesait 30 tonnes et couvrait une surface de 72 m²  Le premier ordinateur commercial produit est l'UNIVAC I (Universal Automatic Computer) , en 1951. Le système au complet occupe 35,5 mètres carrés et pèse 13 tonnes. Il utilise 5 200 tubes à vide.

La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots  Les systèmes d'exploitation sont apparues avec les ordinateurs (de deuxième génération (1955- 1965)) dotés de transistors.  Le principe de fonctionnement des ces systèmes consiste à soumettre un ensemble ou un lot de plusieurs de travaux (batch processing) sur le dispositif de lecture de cartes qui seront par la suite exécutés par l'ordinateur. On parle à cette époque de systèmes de traitement par lots puisque les travaux sont chargés sur le lecteur de cartes puis exécutés par lot (batch).  Les programmes étant écrits sur des cartes dites perforées. La figure 1.2 montre une carte perforée, la figure 1.3 montre un lecteur de cartes. Les différents composants d'un ordinateur des années 50 sont définies dans la figure 1.4.  Un seul programme à la fois est chargé en mémoire et les programmes sont exécutés en séquence. Un programme est ainsi exécuté et ne sera interrompu que lors d'une opération d'entrée/sortie, d'une erreur ou à la fin de l'exécution.  A la fin, la sortie de chaque travail est envoyé, sur un fichier, imprimante ou ruban magnétique, au programmeur approprié.  Les systèmes d’exploitation de l’époque était notamment FSM (Fortran Monitor System) et IBSYS ( le système d’exploitation de IBM 7094)..

Structure typique d’un job FSM La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots IBM 7094 conçue en sept 1962.

La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots  Le problème de ces systèmes consiste au fait qu'ils assurent une faible utilisation du processeur puisqu'un seul programme est chargé en mémoire. Le processeur reste ainsi inactif à chaque opération d'entrée/sortie d'où une perte de temps énorme.  En raison de la grande différence de vitesse entre le processeur et les périphériques, dans un système d'exploitation batch le processeur est inutilisé 90 % du temps car les programmes attendent qu'un périphérique ou un autre termine les opérations.  Avec ces systèmes d'exploitation il n'y a pas de concurrence entre les différentes tâches, la mise en œuvre de l'utilisation du processeur, de la mémoire et des périphériques est triviale mais loin d’être optimale..

Figure 1.2 Carte perforée La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots.

Figure 1.3 Lecteur de carte La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots.

lecteur de cartes rubans UCT (mémoire autour de 250-500K) console opérateur Figure 1.4 traitement par lot La 2ème génération (1955 - 1965) : les transistors et le traitement par lots.

La 3ème génération (1965 - 1980) : les circuits intégrés et les systèmes multiprogrammés  Les systèmes multiprogrammés sont apparus avec les ordinateurs dotés de circuits intégrés.  La mémoire est organisée en des partitions contenant au plus un processus. Le système d'exploitation réside aussi dans une partition. Lorsqu'une partition est libre, le système d'exploitation charge un nouveau programme dans la mémoire. La mémoire contenant plusieurs programmes, lorsqu'un processus demande une entrée/sortie, le processeur est alloué à un autre programme en mémoire (la multiprogrammation).  Ceci augmente l'utilisation du processeur puisque les opérations d'E/S sont effectuées de façon asynchrone avec des calculs sur le CPU. Le principe de la multiprogrammation est schématisé dans la figure 1.6..

La 3ème génération (1965 - 1980) : les circuits intégrés et les systèmes multiprogrammés.

La 3ème génération (1965 - 1980) : les circuits intégrés et les système à temps partagé  Le traitement multiprogrammé permet une excellente utilisation des ressources mais il ne supporte pas l'interaction avec les usagers. Le système à temps partagé (TSS : time sharing system) permet à la multiprogrammation de desservir plusieurs usagers simultanément.  Les utilisateurs peuvent se connecter à l'ordinateur par l'intermédiaire de leurs terminaux et travailler en même temps (figure 1.7).  Le processeur est alloué, à tour de rôle, pendant un certain temps (quantum) à chacun des programmes utilisateurs en attente d'exécution. A la fin du quantum, l'exécution du programme courant est suspendue et le processeur est alloué à un autre programme..

 Ce principe donne l'impression aux utilisateurs d'utiliser chacun sa propre machine. Le processeur est contrôlé par chaque terminal durant la durée du quantum. Lorsqu'un programme est en attente d'une opération d'E/S, il est immédiatement bloqué et le contrôle du processeur est passé à un autre terminal. La 3ème génération (1965 - 1980) : les circuits intégrés et les systèmes à temps partagé • Le système MULTICS (devenu par la suite UNICS) a été un système TSS des années 60 qui ne réussit pas à cause de la faiblesse du matériel de son temps. Quelque unes des idées de ce système furent reprises dans le système UNIX..

 L'apparition des ordinateurs dits personnels ou de quatrième génération est due au développement des circuits LSI (Large Scale Integration) contenant des centaines de transistors au cm2.  Les premiers ordinateurs personnels étaient aussi simples que les premiers ordinateurs. On assiste à un retour de la monoprogrammation avec les premiers PCs qui mettaient plus l'accent sur la convivialité de l'interface et la rapidité de réaction.  Les fonctionnalités des gros systèmes ont été peu à peu reprises avec les PCs. Ainsi, le besoin de gérer plusieurs applications en même temps conduit au retour de la multiprogrammation.  Le concept de PC isolé évolue maintenant vers le concept d'ordinateur de réseau (network computer) d'où l'extension des principes des TSS. Plusieurs PCs (clients) peuvent être desservis par un ordinateur plus puissant (serveur) pour des services qui sont trop complexes pour eux (Figure 1.8). Les grands serveurs utilisent beaucoup des concepts développés pour les systèmes TSS. La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

La 4ème génération (1980- aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

 Conçu initialement en 1974, par Gary Kildall, pour le 8080, premier processeur 8 bits généraliste, le système d'exploitation pour micro- ordinateurs CP/M (Control Program for Microcomputers) domine le marché à la fin des années 1970.  Au début des années 1980, IBM conçoit le PC et se tourne vers Bill Gates, qui avait fondé Microsoft avec Paul Allen, et lui a demande de leur fournir un système d'exploitation. Suite à cette demande, Gates acquiert les droits d’un nouveau système, le DOS (Disk Operating System), développé par la Seattle Computer Products et le propose à IBM. Après quelques modifications demandées par IBM, le système est rebaptisé MS-DOS (Microsoft Disk Opera-ting System) et domine très vite le marché de l'IBM PC. La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

 Le CP/M et le MS/DOS étaient fondés sur une interface de type texte. Par contre le Macintosh d’Apple, lancé en 1984, avec le système Mac OS, était pourvu d’une interface homme-machine (IHM) graphique avec fenêtres, icônes, menus et souris. Sa convivialité lui valut un énorme succès.  Quand Microsoft a décidé de construire le successeur de MS-DOS, il a été grandement influencé par le succès du Macintosh. Il a présenté un système à base d'IHM graphique appelé Windows, qui fonctionnait au départ comme une sur-couche de MS-DOS (c'était plus un interpréteur de commandes graphique qu'un véritable système d'exploitation). Pendant une dizaine d'années, entre 1985 et 1995, Windows est resté un environnement graphique au-dessus de MS-DOS. En 1995, une nouvelle version de Windows, appelée Windows 95, a été présentée. Elle incluait bon nombre des caractéristiques des systèmes d'exploitation.  En 1998, une version légèrement modifiée a vu le jour, appelée Windows 98. Ces deux versions contiennent encore cependant une grande quantité de code assembleur Intel 16 bits. La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

 Autre système d'exploitation Microsoft, Windows NT (pour New Technology) C'est un système totalement 32 bits. La version 5 de NT, lancée au début de l’année 1999, a reçu le nom de Windows 2000. Microsoft a également sorti une nouvelle version de Windows 98, appelée Me (Millenium Edition). Suivie, en 2001, par Windows XP (pour eXPérience), plus fiable et plus stable, doté d’une nouvelle interface et de nouvelles fonctionnalités.  Début 2007, Microsoft lance le successeur de Windows XP, Windows Vista, dont le premier objectif était d'obtenir une meilleure sécurité pour le système. La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

La 4ème génération (1980 – aujourd’hui) : Systèmes des ordinateurs personnels.

Historique  L'évolution des systèmes d'exploitation peut ainsi être résumée comme suit : 1. Systèmes de traitement par lots simples. 2. Systèmes multiprogrammés. 3. Systèmes à temps partagé. 4. Systèmes des ordinateurs personnels..

Les principaux systèmes d’exploitation  Il existe un grand nombre de systèmes d’exploitation (Operating Systems en anglais)  Windows  Unix  Linux  Mac OS  Etc..

Unix  est un système d'exploitation multitâche et multi-utilisateur créé en 1969 par Kenneth Thompson.  Usage principalement professionnel  Il repose sur un interpréteur ou superviseur (le shell) et de nombreux petits utilitaires, accomplissant chacun une action spécifique, commutables entre eux (mécanisme de « redirection ») et appelés depuis la ligne de commande.  Il a donné naissance à une famille de systèmes, dont les plus populaires à ce jour sont les variantes de BSD (notamment FreeBSD,NetBSD et OpenBSD), GNU/Linux, iOS et OS X. On nomme « famille Unix », systèmes de type Unix ou simplement systèmes Unix l'ensemble de ces systèmes..

Unix.

07/10/2020 Linux  système d'exploitation libre, multitâche, multi plate forme et Multi-Utilisateur de type Unix  Résultat des efforts convergents de nombreux projets développés en mode collaboratif qui se sont déployés via Internet  Utilisable sur de nombreuses plate-formes :  PC et Mac, sur lesquels il peut être installé seul ou en parallèle avec Microsoft Windows ou Mac OS  Téléphone portable  Assistant personnel (PDA: Personal Digital assistant)  Etc..

Unix/Linux  Le meilleur compromis : fiabilité, efficacité, souplesse, portabilité,  Évolutif, "customizable"  Reste (très) difficile d'accès pour un novice, voire pour un informaticien.

Mac Os  Mac OS (pour Macintosh Operating System, c'est-à-dire « Système d'exploitation Macintosh ») est le nom du système d'exploitation d'Apple pour ses ordinateurs Macintosh.  Il est surtout connu pour être un des premiers systèmes grand public ayant une interface graphique, et basée sur les fenêtres, icônes, menus et souris.  OS X est le successeur du système Mac OS.

Mac OS X  Système d’exploitation propriétaire fourni avec les ordinateurs Macintosh d’Apple Computer depuis 2001  dont la version la plus récente est OS X 10.11, nom de code El Capitan  fait partie de la famille des systèmes d'exploitation UNIX  Combine la fiabilité des systèmes UNIX et la simplicité d’utilisation des systèmes Macintosh.

Mac OS X  Peu répandu car submergé par Windows  Ergonomique, fiable, stable  A développé ses propres standards (y compris pour le hardware)  et a perdu le match contre Windows…..

Windows  Produit de Microsoft  Destiné aux compatibles PC  Quasi monopole  Intérêt de Windows  Un minimum de compatibilité binaire ascendante est assuré entre les différentes versions, ce qui permet de faire tourner sous une nouvelle version de Windows des logiciels prévus pour une version plus ancienne  Large gamme d'applicatifs  Prise en main très simple.

Windows  Mais… Windows est  Peu fiable même s’il y a des progrès depuis Win2000/XP,  Sécurité presque inexistante (virus, intrusions très fréquentes)  Peu ouvert, impose la plupart des choix technologiques et "enferme" les utilisateurs dans ces choix.

Autres SE  Réservés aux gros serveurs  VMS (Digital)  GCOS (Bull),  MVS et  AS400 (IBM), ….

Les principaux systèmes d’exploitation.

Annexe : Un programme  Un programme est un ensemble d'instructions et de données. Les instructions d'un programme sont chargées en langage machine (binaire) dans la mémoire afin d'être exécutées dans un ordre bien déterminé par le processeur. Un processus est un programme en cours d'exécution. Les instructions qui constituent un programme peuvent être classifiées en catégories dont les principales sont :  Les Instructions d'affectations.  Les instructions arithmétiques : telles que les additions, soustractions, divisions ou multiplication.  Les instructions logiques : opérations ET, OU, NON, NON exclusif, etc.  Les Instructions de branchement (conditionnelle et inconditionnelle)  Les Instructions d'entrées/sorties : une instruction d'entrée ou read peut correspondre par exemple à la lecture du disque. Une instruction de sortie ou write peut correspondre par exemple à l‘affichage sur l'écran.  L'exécution d'un processus est, en général, une alternance de calculs effectués par le processeur et des opérations d'entrées/sorties effectuées par les périphériques. Il est à noter que le temps consacré aux opérations d'entrées sorties se compte en millisecondes alors que celui consacré aux instructions effectuées par le processeur se compte en nanosecondes. Les opérations d'entrées/sorties sont extrêmement lentes comparées aux autres instructions..