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Cours IP janvier 2000

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Architecture des systèmes

Logic iel

L’ordinateur fournit 3 fonctions : calculer, mémoriser, communi-quer.

Pour nous rendre ces fonctions de bas niveau utilisables, il fautun certain nombre de programmes qui fournissent des fonctionsd’un niveau plus élevé, autour d’objets :

- ressource de calcul = processus ;- ressource de mémorisation = fichiers ;- ressource de communication = messages ou mémoire parta-

gée.

Cet ensemble de programmes constitue une

interface utilisateur

appelée un

système d’exploitation

.


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Système d’exploi tat ion

ordinateur

système d’

exploitation

logiciels- « emballe », « cache »

le matériel ;- fournit des fonctions

évoluées à un, voireplusieurs utilisateurs ;

- permet de construired’autres logiciels.


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Fonct ions d’un système d’exploi tat ion

- processus : création, destruction ;migration mémoire / fichier ;gestion mémoire …gestion de l’unité centrale.

- fichiers : création, destruction ;gestion des périphériques ;contrôle d’accès processus / fichiers.

- communication : création, destruction de prises & tuyaux ;contrôle d’accès inter-processus ;gestion des interruptions.


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Processus

Programme exécutable = zone mémoire contenant du code ma-chine exécutable.

Génèse d’un processus :

- « traduction » d’un fichier texte en langage dit « évolué » pourobtenir du langage « machine » : assembleur, compilateur,interpréteur ;

- transfert de ce fichier dit « exécutable » en mémoire ;- exécution par l’unite centrale de l’instruction pour « sauter »

au début du programme.


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Ordonnancement

À un instant donné, le registre PC contient une seule instruction.Donc un seul processus est en cours d’exécution.

Comment réaliser plusieurs tâches ?

- à la queue leu leu : traitement par lot ;- en multipliant les unités centrales : architectures multi-

processeurs ;- en partageant le temps : temps partagé ou temps réel.

Les processus sont rangés dans des files d’attente, et tous les

∆

t,le système d’exploitation les réorganise et attribue l’unité centra-le de façon « équitable » à un seul processus.

Ce

∆

t est le « quantum de temps ».


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Ordonnancement

Ces files d’attente sont : processus bloqués, prêts, ou actif.

prêts

bloqués

actif


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Ordonnancement

t

abc


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Gest ion des interrupt ions

Les périphériques peuvent signaler des événements importants àl’unité centrale via le bus. Ces signaux provoquent des interrup-tions de fonctionnement de l’unité centrale dont le scénario est :

- sauvegarde du contexte actuel : PC, registres ;- enregistrement correct de l’interruption dans la file des inter-

ruptions à traiter ;- restauration du contexte sauvegardé, que ce soit celui d’un

processus en cours d’exécution, ou celui du système.

Lors de l’expiration du quantum de temps en cours, le processusà qui était destiné cette interruption pourra sortir de la file desprocessus bloqués.


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F ichier

Structure de données permettant de manipuler la mémoire « àlong terme », techniquement sur disque.

Types de fichiers définis par leur méthode d’accès :

- séquentiel : on lit depuis le début tout le contenu à la queueleu leu ;

- indexé : on accède directement à un « enregistrement » dont laposition est stockée dans l’index.

index enregistrements


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Gest ion de pér iphér ique

Transforme des requêtes utilisateur de lecture ou écriture en opé-rations de contrôle sur le bus permettant :

- positionnement correct du bras : cylindre, piste, secteur ;- indication du nombre de secteurs à lire ou écrire ;- indication de l’opération : lecture ou écriture ;- en attente de la terminaison de l’opération, le processus passe

de l’état actif dans la file des processus bloqués.


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Gest ion de la mémoire

Pour gérer plusieurs processus tout en évitant de les« promener » de la mémoire vers un disque chaque fois qu’ilsdoivent libérer l’unité centrale, plusieurs processus peuvent« résider » simultanément en mémoire.

⇒

partitionnement

de la mémoire.

Chaque processus à un espace d’adressage propre : intervalle demémoire contigu.

Celà nécessite, au niveau de l’unité de contrôle de faire quelquesnouvelles opérations :

- traduction d’adresse ;- protection d’adresses.

Ces opérations sont confiées à une unité dédiée : la MMU.


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Terminaison de processus

⇒

création de trous !

P0

t

000000

111111

P0

P1 P1

P2

Où vais-je ?


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2 solutions : segmentation, pagination.

Adresse = numéro de segment + position relative.

Adresse = numéro de page + position relative.

Tâches du S.E. :

- gérer les carences de mémoire ;- étendre la mémoire sur un périphérique, vu comme de la mé-

moire dite « secondaire », par opposition à la mémoire dite« principale » ;

- promener les processus bloqués entre la mémoire principale etla mémoire secondaire.


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Langage de commande

Un des logiciels essentiels aux S.E. :

- assembler des logiciels : séquence, répétition, parallèlisme, …ex. : faire 10 fois la tâche A

- faire communiquer des logiciels entre-eux, les synchroniser,…ex. : tâche A → résultats → tâche B


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Les systèmes d’exploi tat ion

- MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) : pas un S.E..Interface de gestion de disques & disquettes très sommaire.

- Windows : (Fenêtres) pas un S.E.. Interface à base de multi-fenêtrage bâtie sur MS-DOS. Mono-utilisateur, mono-tâche,sans gestion correcte de la mémoire, peu performant.Son succès : lier (vérouiller) le fonctionnement des applica-tions Microsoft, de Windows, et l’architecture matérielle(stratégie du marché captif, marketing).

- MacOS : est un S. E., mono-utilisateur, multi-tâche, intégrantune interface à base de multi-fenêtrage, mais avec une gestionde la mémoire qui commence juste à être acceptable.

- VM , MVS, VMS, Unix, OS/2 : S.E., multi-U, multi-T.Unix est une grande famille de S. E. actuellement en pleineévolution. Les autres sont des branches mortes.


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Unix

Système d’exploitation :

- temps partagé ;- multi-utilisateur ;- à architecture modulaire ;- majoritairement écrit en langage évolué (le langage C) ;- indépendant de l’architecture matérielle de l’ordinateur.

Ces 3 derniers points sont des caractéristiques d’Unix qui en ontassuré une large diffusion aussi bien chez « tous » les construc-teurs d’ordinateurs que dans « tous » les centres de recherches eninformatique.

À sa naissance il révolutionnait une longue tradition d’obscuran-tisme des S. E. : d’architecture monolithique, écrits en assem-bleur, et étroitement liés au matériel.


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Système modulaire

Noyau, bibliothèques, shell, applications.

ordinateur

noyau

UNIX

bibliothèquescommandes


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Temps par tagé

Processus : Unix gère un ensemble de processus identifiés par unentier PID (Process IDentifier).

À chaque processus est associée une structure dans laquelle sontstockées des informations d’état et d’action. On parle de contextedu processus : PC, registres, mais aussi informations sur les fi-chiers ouverts, sur les communications en cours.

Tout processus est créé par un processus père : appel systèmefork(2) . Ainsi évolue au cours du fonctionnement d’Unix unarbre de processus. Le 1er processus est « pondu » au démarrage.

Traitement d’interruption

- le contexte courant du processus « actif », est sauvegardé dansune zone mémoire propre à ce processus ;

- le noyau traite ses appels en cours et recalcule les priorités.


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Mult i -ut i l isateur

Les utilisateurs sont identifiés sur Unix par un couple : UID,GID.

L’UID est utilisé dans le contrôle d’accès à la mémoire, aux pro-cessus, et aux fichiers. Le GID ne sert que dans le contrôle d’ac-cès aux fichiers.

La mémoire attribuée à chaque processus est protégée : lorsqu’unprocessus tente par erreur de franchir l’une des limites de son es-pace mémoire, une interruption système est provoquée, le pro-cessus est interrompu, et un traitement prévu est appliqué.


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Système de fichiers

Fichiers non typés, non structurés. Un fichier est identifié par unnuméro de nœud : i-node. Un nom de fichier est un lien entre uneentrée de répertoire et cet i-node.

i-node

nom_fich. type

access modes

UID

GID

ref_count

last used time

last modif time

last inode mod t

size

12 direct blocks

1 indirect block

2 indirect block

3 indirect block

datablock


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Les blocs de données d’un répertoire contiennent une suite decouples : (i-node, nom_de _fichier).

Les disques physiques sont divisés en partitions . Chacune de cespartitions suporte un arbre du système de fichiers. L’ensemble deces arbres sont « bouturés » les uns aux autres par : mount(8).

Un fichier décrit ces associations : fstab(4).

Chaque partition contient des blocs de données, des blocs réser-vés aux i-nodes, ainsi qu’une structure en décrivant l’organisa-tion appelée le superblock localisé en début (physique) departition. Chaque partition contient une table des blocs disponi-bles, une table des i-nodes disponibles.


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Les opérations de lecture / écriture sur disques sont désynchroni-sés des demandes provenant des processus.

entrées / sorties : logiques ≠ physiques ⇒

- gestion d’un cache par le système ;- synchronisation régulière : update(8) ;- éventuels incidents ;- procédure de reconstruction de la structure du système de

fichiers : fsck(8).


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Appels système

open(2) : → descripteur de fichier (entier)int fd;fd = open ("/etc/motd", O_RDONLY);if (fd < 0) { fprintf (stderr, "cannot open /etc/motd\n"); exit (1);}

Tous les autres appels systèmes relatifs au système de fichiersutilisent ces descripteurs de fichier.

read(2) : → nombre d’octets lus ;

write(2) : → nombre d’octets écrits ;

lseek(2) : fixe la position dans un fichier (offset).


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Environnement Unix

Shell : sh , bash ;

Langages de programmation : (souvent en standard) C, Fortran,Lisp, Ada, Pascal ;

Utilitaires de manipulation de texte : grep , awk, sed ;

Langages « de script » : Tcl , Perl, Python comblent une lacuneentre les shells et les langages de programmation ;

Outils de gestion de logiciel :

- make : permet de décrire les recettes de fabrication de logi-ciels : compilation, édition de liens, exécution ;

- RCS (Revision Control System) : permet de gérer les diffé-rentes d’un logiciel.


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Tcl : Tool Command Language, se prononce tikeul. Ex.: calcul de factorielle n en Tcl :

proc fact n { if {$n <= 1} { return 1 } return [expr $n * [fact [ expr $n-1]]]}

Pour en savoir plus : <URL:http//www.smli.com/research/tcl/>

Python (d’après les Monthy Python) est un langage de script « orienté objet ».def fact(n): if n <= 1: return 1 return n * fact(n-1)

Voir : <URL:http://www.python.org>

Perl : « There’s more than one way to do it. »

Voir : <URL:http://www.perl.com>


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Système de mult i - fenêtrage X

X est constitué de :

- un serveur :programme gérant du matériel : un display,et du logiciel : des fenêtres, des ressources, des événements;

- des clients :des programmes qui utilisent ce serveur;

- un protocole permettant de les faire communiquer,- des bibliothèques qui réalisent ce protocole, et l’interface des

clients.


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Protocole X : cl ient - serveur

X utilise le modèle client-serveur, basé sur le protocole X.

Lui-même basé sur un protocole de transport.

Système

Réseau

tcp/ip

Xserver

Système

tcp/ip

cl1cl0

Xprotocol

XlibXlib


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Clients

Tous les programmes basés sur la bibliothèque X.

Utilisent le protocole X pour envoyer des requêtes au serveur X,qui réalisera leurs fonctions graphiques.

Ce sont ces clients X qui construisent l’interface homme-machi-ne du X Window System.

Quelques clients essentiels faisant partie de la distribution du XWindow System :

xterm : une émulation de terminal,twm ; un gestionnaire de fenêtres,xclock , xbiff , xcalc , xclipboard :

des accessoires de bureau,xedit , emacs :des éditeurs, ….


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Jusqu’en 1996, la distribution, l’évolution du X Window System était assurée par le X Consortium, groupement à but non lucratif,dont étaient membres presque tous les constructeurs informatiques. Cette responsabilité a été reprise par l’Open Group depuis1997 : <URL:http://www.opengroup.org/desktop> .


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Bibl iothèque(s), appl icat ions

Le développement d’interfaces graphiques ne peut se faire avecla Xlib.

Widget = window gadget ! ⇒ bibliothèques de haut niveau.

XlibXt

Xaw

libcUnix

perlTk

GUI


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Documents

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