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Syst mes d'exploitation
Chapitre1: Introduction
Notes:
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Introduction (1)
Deux cat gories de logiciels :
Les programmes syst mes pour le fonctionnement des ordinateurs,
les programmes d'application qui r solvent les probl mes des utilisateurs.
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Introduction (2)
Le programme syst me d'exploitation est le programme fondamental des programmes syst mes.
Il contr le les ressources de l'ordinateur et fournit la base sur laquelle seront construits les programmes d'application.
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D finition
Le syst me d'exploitation est l'ensemble de programmes centraux d'un syst me informatique qui coordonne et uniformise l'utilisation du mat riel par les logiciels applicatifs.
Il sert d'interm diaire entre les logiciels applicatifs et le mat riel et offre une mani re unifi e d'exploiter les p riph riques de l'ordinateur par l'interm diaire dinterfaces de programmation banalis es.
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D finition (suite)
Un syst me d'exploitation sert:
coordonner l'utilisation du ou des processeurs, et accorder un certain temps pour l'ex cution de chaque processus;
r server de l'espace dans les m moires pour les besoins des programmes
et organiser le contenu des disques durs ou d'autres m moires de masse en fichiers et r pertoires.
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Modes de fonctionnement
Deux modes de fonctionnement :
Le mode noyau ou superviseur et
le mode utilisateur (compilateur, diteur, programmes utilisateurs ...).
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Composition dun ordinateur
Un ordinateur contient :
Un ou plusieurs processeurs,
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une m moire principale,
des horloges,
des terminaux,
des disques,
des interfaces de connexion des r seaux et
des p riph riques d'entr es/sorties.
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R le dun SE
La complexit vidente du mat riel implique la r alisation d'une machine virtuelle qui g re le mat riel :
c'est le syst me d'exploitation.
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Couche : Mat riel
Dispositifs physique = Ils se composent de circuits int gr s, de fils lectriques, de p riph riques physiques ...
Microprogramme = C'est un logiciel de contr le des p riph riques (interpr te).
Langage machine = C'est un ensemble (entre 50 et 300) d'instructions l mentaires (ADD, MOVE, JUMP) pour effectuer le d placement des donn es, des calculs, ou la comparaison de valeurs ( galement appel ASSEMBLEUR)
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Fonctions dun SE
DEUX FONCTIONS:
MACHINE ETENDUE ou VIRTUELLE
GESTIONNAIRE de RESSOURCES
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Machine tendue ou encore machine virtuelle
Son r le est de masquer des l ments fastidieux li s au mat riel, comme les interruptions, les horloges, la gestion de la m moire, la gestion des p riph riques (d placement du bras du lecteur de disquette) ...
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Gestionnaire de ressources
Un ordinateur se compose de ressources (p riph riques, m moires, terminaux, disques ...).
Le syst me d'exploitation permet l'ordonnancement et le contr le de l'allocation des processeurs, des m moires et des p riph riques d'E/S entre les diff rents programmes qui y font appel.
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Exemples
Par exemple 3 programmes essaient d'imprimer simultan ment leurs r sultats sur une m me imprimante :
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=> recours un fichier tampon sur disque.
Autre exemple, l'acc s concurrent une donn e ; lecture et criture concurrentes (par deux processus) sur un m me compteur.
Ce r le de gestionnaire de ressources est crucial pour les syst mes d'exploitation manipulant plusieurs t ches en m me temps (multit ches).
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Plusieurs fonctionalit s de gestion
du processeur : allocation du processeur aux diff rents programmes.
des objets externes : principalement les fichiers.
des entr es/sorties : acc s aux p riph riques, via les pilotes.
de la m moire : segmentation et pagination.
de la concurrence : synchronisation pour l'acc s des ressources partag es.
de la protection : respect des droits d'acc s aux ressources.
des acc s au r seau : change de donn es entre des machines distantes.
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Les diff rentes classes de syst mesd'exploitation
Selon les services rendus
Selon leur architecture
Selon leur capacit voluer
Selon l'architecture mat rielle qui les supporte
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Selon les services rendus
mono/multi t ches :
Multit ches : capacit du syst me pouvoir ex cuter plusieurs processus simultan ment ;
mono/multi-utilisateurs :
Multiutilisateurs : capacit pouvoir g rer un ensemble d'utilisateurs utilisant simultan ment les m mes ressources mat rielles.
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Selon leur architecture
Syst mes centralis s :
L'ensemble du syst me est enti rement pr sent sur la machine consid r e.
Les machines ventuellement reli es sont vues comme des entit s trang res disposant elles aussi d'un syst me centralis .
Le syst me ne g re que les ressources de la machine sur laquelle il est pr sent.
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Selon leur architecture (2)
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Syst mes r partis (distributed systems) :
Les diff rentes abstractions du syst me sont r parties sur un ensemble (domaine) de machines (site).
Avec un syst me r parti, l'utilisateur n'a pas se soucier de la localisation des ressources. Quand il lance un programme, il n'a pas conna tre le nom de la machine qui l'ex cutera.
Ils offrent des solutions aux probl mes de la r sistance aux pannes.
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Selon leur capacit voluer
Syst mes ferm s (ou propri taires) :
Extensibilit r duite : Quand on veut rajouter des fonctionnalit s un syst me ferm , il faut remettre en cause sa conception et refaire une archive (syst me complet).
Il n'y a aucun ou peu d' change possible avec d'autres syst mes de type diff rent, voir m me avec des types identiques.
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Selon leur capacit voluer (2)
Syst mes ouverts :
Extensibilit accrue : Il est possible de rajouter des fonctionnalit s et des abstractions sans avoir repenser le syst me et m me sans avoir l'arr ter sur une machine.
Cela implique souvent une conception modulaire bas e sur le mod le clients-serveur .
Cela implique aussi une communication entre syst mes, n cessitant des modules sp cialis s.
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Selon l'architecture mat rielle qui les supporte
Architecture monoprocesseur (temps partag ou multiprogrammation):
Ressource processeur unique : Il a fallu d velopper un m canisme de gestion des processus pour offrir un (pseudo) parall lisme l'utilisateur : c'est la multiprogrammation;
Il s'agit en fait d'une commutation rapide entre les diff rents processus pour donner l'illusion d'un parall lisme.
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Selon l'architecture mat rielle qui les supporte (2)
Architectures multiprocesseurs (parall lisme) :
On trouve une grande vari t d'architectures multiprocesseurs :
SIMD (Single Instruction Multiple Data) : Tous les processeurs ex cutent les m mes instructions mais sur des donn es diff rentes.
MIMD (Multiple Instructions Multiple Data) : Chaque processeur et compl tement ind pendant des autres et ex cute des instructions sur des donn es diff rentes.
Pipeline : Les diff rentes unit s d'ex cution sont mises en cha ne et font chacune partie du traitement effectuer.
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Selon l'architecture mat rielle qui les supporte (3)
On parle aussi d'architecture faiblement ou fortement coupl e.
Architecture fortement coupl e : Ce sont principalement des architectures m moire commune.
Architecture faiblement coupl e : Ce sont des architectures o chaque processeur poss de sa propre m moire locale ; c'est le cas d'un r seau de stations.
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Architecture mixte : Ce sont des architectures diff rents niveaux de m moire (commune et priv e).
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Remarques
Il n'y a pas de syst me universel pour cette multitude d'architectures.
Les constructeurs de supercalculateurs ont toujours d velopp s leurs propres syst mes.
Aujourd'hui, compte tenu de la complexit croissante des syst mes d'exploitation et du co t inh rent, la tendance est l'harmonisation notamment via le d veloppement de syst mes polyvalents tels que les syst mes r partis.
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Un cas particulier: les syst mes temps-r el
Ce sont des syst mes, essentiellement utilis s dans l'industrie, pour lesquels l'ex cution des programmes est soumise des contraintes temporelles.
Les r sultats de l'ex cution d'un programme n'est plus valide au del d'un certain temps connu et d termin l'avance.
Notes:
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Un cas particulier: les syst mes embarqu s
Ce sont des syst mes d'exploitation pr vus pour fonctionner sur des machines de petite taille ou des appareils lectroniques autonomes (sondes spatiales, robot, ordinateur de bord de v hicule, satellites, avions, trains, t l phones portables, etc.), poss dant une autonomie r duite.
Ainsi, une caract ristique essentielle des syst mes embarqu s est leur gestion avanc e de l' nergie et leur capacit fonctionner avec des ressources limit es.
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Exemples de SE
| Syst me | Codage | Mono-utilisateur | Multi-utilisateur | Mono-t che | Multit che |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| DOS | 16 bits | X | | X | |
| Windows 3.1 | 16/32 bits | X | | | non pr emptif |
| Windows 95/98/Me | 32 bits | X | | | coop ratif |
| Windows NT/2000 | 32 bits | | X | | pr emptif |
| WindowsXP | 32/64 bits | | X | | pr emptif |
| Unix / Linux | 32/64 bits | | X | | pr emptif |
| MAC/OS X | 32 bits | | X | | pr emptif |
| VMS | 32 bits | | X | | pr emptif |