Chiheb Eddine Ben N’Cir Chiheb.benncir@gmail

Support de Cours Système d’Exploitation I

Chiheb Eddine Ben N’Cir

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Plan

• Introduction à L’Informatique

• Architectures matérielles des ordinateurs

• La nécessité d’un système d’exploitation

• Les rôles du système d’exploitation

• Les Caractéristiques du système d’exploitation

• Les composants d’un système d’exploitation

• Les différents types d’architectures des systèmes d’exploitation

2Ben N’Cir chiheb-Eddine-ESEN-Manouba

Traitement automatique de l’information


ENIAC (1946)Electronic Numerical Integrator Analyser and computer

Poids 30 tonnes

Surface 72 m2

330 multiplication/s


Ordinateur (computer)

• Qu’est ce qu’un ordinateur ?

• Le mot « ordinateur » fut introduit par IBM France en 1955

• Il veut dire: « ordonnateur » : celui qui met en ordre

• Mot Ordinant: utilisé dans l'église catholique

• Propose encore Ordinatrice électronique


https://fr.wikipedia.org/wiki/IBM

https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=1955_en_informatique&action=edit&redlink=1

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ordonnateur

Ordinateur

caractéristiques fondamentales nécessaires pour être considérées comme un ordinateur sont :

• qu'il soit électronique,

• numérique (au lieu d'analogique),

• qu'il soit programmable,

• qu'il puisse exécuter les quatre opérations élémentaires (addition, soustraction, multiplication, division)

• qu'il puisse exécuter des programmes enregistrés en mémoire.


https://fr.wikipedia.org/wiki/Calculateur_analogique

Exemples d’ordinateur


Architecture matérielle de l’ordinateur


Imitation du monde naturel



Imitation du monde naturel

Processeur

• Le composant qui exécute les programmes

• En anglais « CPU »


R.A.M: La mémoire Vive

• Random Access Memory

• R.A.M:Mémoire Volatile


Disque Dur

• Mémoire de stockage permanente (magnétique)

• Grande Capacité


Chargement des données


Support: Carte mère


Comment introduire et exploiter les résultats


Périphériques

• périphérie est la surface externe


Exemples de Périphériques


Le langage de l’ordinateur:Langage binaire


Langage de l’ordinateur et langage de l’utilisateur


Comment peut-on assurer une bonne

Exploitation des

performances des ordinateurs ?


Langage de l’ordinateur et langage de l’utilisateur


Intermédiaire entre ordinateur et utilisateur


Programmes

• une suite d’opérations prédéterminées destinées à être exécutées de manière automatique par un appareil informatique en vue d’effectuer des travaux, des calculs arithmétiques ou logiques.


Intermédiaire entre ordinateur et utilisateur


La nécessité d’un SE

Deux besoins majeurs :

• Point de vue utilisateur- Comment un utilisateur (ou plusieurs) peut exploiter les

ressources matérielles.

- Trouver des mécanismes pour optimiser l’utilisation du matériels (facilité, rapidité, partage,…)

• Point de vue système-Comment exploiter d’une manière optimale les ressources

matérielles pour améliorer leur fonctionnement

- Trouver des mécanismes pour gérer efficacement les ressources matérielles (mémoires centrales, disque dur, temps processeur, …)


Système d’exploitation: un élément du système informatique

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Compilateur Editeur Base de données

Applications et Logiciels

Système d’exploitation

Matériel

Utilisateur 1 Utilisateur 2 … Utilisateur N

Ben N’Cir chiheb-Eddine-ESEN-Manouba

Exemples de Systèmes d’exploitation


Système d’Exploitation:

Définitions, rôles, Tâches…


Définition d'un SE ? ? ?

• Le terme « système d'exploitation » couvre un grand nombre de fonctionnalités

Une grande diversité d'architecture d'équipement ayant besoin

d'un SE (des supercalculateurs au smartphones)

• Une grande évolution du matériel informatique

puissance des équipements en constante augmentations

émergence de nouvelles fonctionnalités/besoins


Définition d'un SE ? ? ?

• Il n'y a pas une définition consensuelle

Selon Prof. Avi Silberschatz :« we have no completely adequate

definition of an operating system »

• Est-ce qu’on peut lister les composants d'un SE ? « we have no universally accepted definition of what is part of

the operating system »

• Une vision simpliste : « the operating system is the one program running at all times on the

computer »


Qu’est ce qu’un Système d’Exploitation

Wikipedia:

• Le système d'exploitation (SE, en anglais Operating System ou OS) est un ensemble de programmes responsables de la liaison entre les ressources matérielles d'un ordinateur et les applications de l'utilisateur (traitement de texte, jeu vidéo, …)

• Il fournit aux programmes applicatifs des points d'entrée génériques pour les périphériques


http://fr.wikipedia.org/wiki/Programme_(informatique)

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9riph%C3%A9rique_informatique

Les rôles du SE

• Le SE a deux rôles principaux:

1. le rôle du système d’exploitation en tant que machine étendue (ou « machine virtuelle »),

2. Le rôle du système d’exploitation en tant que gestionnaire de ressources.


Le rôle du SE en tant que Machine virtuelle

• Le système d’exploitation correspond à « l’interface » entre les applications et le matériel.

• De ce point de vue le système d’exploitation est assimilé à une machine étendue ou virtuelle plus facile à programmer ou à utiliser que le matériel :

- Un programmeur doit se concentrer sur les fonctionnalités de son logiciel et non pas sur le fonctionnement du matériel.

- Un utilisateur peut aussi manipuler un système d’exploitation, sans pour autant avoir à créer un programme ou connaitre le matériel. (masquer la complexité du matériel).


Exemple du rôle du SE en tant que Machine virtuelle

• Sauvegarde d’un fichier sur disque

Le disque est composé de plusieurs plateaux

Le plateau est composé de secteurs et de pistes

• Comment l’utilisateur peut chercher

une adresse vide, un espace disque nécessaires, etc..

• Comment faire tourner la tête de lecture du disque


Le rôle du SE en tant que gestionnaire de ressources

• Les différents composants d’un ordinateur doivent coopérer et partager des ressources.

• Dans cette optique, le travail du système d’exploitation consiste à :– ordonnancer,– contrôler l’allocation des ressources :

• processeurs, • mémoires,• périphériques d’E/S,• ...

entre les différents programmes qui y font appel.


• Pour chacune des ressources d’un ordinateur, le système d’exploitation doit :– connaître à tout moment l’utilisateur de la ressource,– en accorder l’usage de manière équitable,– éviter les conflits d’accès entre les différents programmes ou

utilisateurs.

• Le Système d’Exploitation doit assurer– Le partage des ressources.– La protection de l'accès aux ressources.


Le rôle du SE en tant que gestionnaire de ressources

Exemple du rôle du SE comme étant gestionnaires de ressources

• Trois programmes d’impression sur la même imprimante.

- Désordre total: Les premières lignes imprimées pourraient provenir du programme 1, les suivantes du programme 2, puis du programme 3 et ainsi de suite.

• Comment éviter ce problème ?

- Système d'exploitation peut éviter ce chaos potentiel en transférant les résultats à imprimer dans un fichier tampon sur le disque. Lorsqu'une impression se termine, le système d'exploitation peut alors imprimer un des fichiers se trouvant dans le tampon.


Exemple du rôle du SE comme étant gestionnaires de ressources

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Edition Fic1

Edition Fic2

SPOOL

Fic1Fic2

Impression

Imprimante

Ben N’Cir chiheb-Eddine-ESEN-Manouba

Les taches(de base) d’un OS

1. La gestion des processus– qui correspondent à l’exécution des programmes.

2. La gestion de la mémoire– qui permet de gérer les transferts entre les mémoires principales et secondaires.

3. Le système de fichiers– qui offre à l’utilisateur une vision homogène et structurée des données et des

ressources : disques, périphériques.

4. Les entrées-sorties– qui correspondent aux mécanismes qu’utilisent les processus pour communiquer

avec l’extérieur.


Autres Tâches du OS

• Les réseaux d’ordinateurs– avec les protocoles de communication, d’interconnexion et d’application.

• Les systèmes répartis – avec les protocoles d’appels de procédures à distance (RPC)

– ou les objets distribués.

• Les systèmes de fenêtrage graphiques, … etc.


Caractéristiques

des Systèmes d’Exploitation


Systèmes multi/mon Tâches

• Un système d'exploitation est dit «multi-tâches» (en anglais multithreaded) lorsque plusieurs «tâches» (processus) peuvent être exécutées simultanément.

• par exemple effectuer une compilation et consulter le fichier source du programme correspondant.

• Un système est dit préemptif lorsqu'il possède un ordonnanceur (planificateur), qui répartit, selon des critères de priorité, le temps machine entre les différents processus qui en font la demande.


Systèmes multi/mono utilisateur• Multiutilisateurs c’est la capacité à pouvoir gérer un panel d'utilisateurs

utilisant simultanément les mêmes ressources matérielles.

• Un système multiutilisateurs est capable d'exécuter de façon concurrente et indépendante des applications appartenant à plusieurs utilisateurs.

• Concurrente signifie que les applications peuvent être actives au même moment et se disputer l'accès à différentes ressources comme le processeur, la mémoire, les disques durs...

• Indépendante signifie que chaque application peut réaliser son travail sans se préoccuper de ce que font les applications des autres utilisateurs.

Remarque: Un système multiutilisateurs est nécessairement multitâches mais la réciproque est fausse


Systèmes multi/mono processeurs

• Systèmes monoprocesseur (temps partagé ou multiprogrammation)

Ressource processeur unique : Il a fallu développer un mécanisme de gestion des processus pour offrir un (pseudo) parallélisme à l'utilisateur : c'est la multiprogrammation;

Multiprogrammation :il s'agit d'une commutation rapide entre les différents processus pour donner l'illusion d'un parallélisme.

• Systèmes multiprocesseurs (parallélisme) :

-SIMD (Single Instruction Multiple Data) : Tous les processeurs exécutent les mêmes instructions mais sur des données différentes.

- MIMD (Multiple Instructions Multiple Data) : Chaque processeur et complètement indépendant des autres et exécute des instructions sur des données différentes.

- Pipeline : Les différentes unités d'exécution sont mises en chaîne et font chacune partie du traitement à effectuer.


comparaison des systèmes d’exploitation

Système Codage Mono-/multi-utilisateur

Mono-/multi-tâche

DOS 16 mono mono

Windows 3.1 16/32 mono non préemptif

Windows 95 32 mono coopératif

Win. NT/2000 32 multi préemptif

Windows XP, vista,seven

32/64 multi préemptif

Unix/Linux 32/64 multi préemptif

Mac OS X 32 multi préemptif


Composition du

Système d’Exploitation


Composition du système d’exploitation


Noyau (kernel)

Le noyau assure ces fonctionnalités :– gestion des périphériques (au moyen de pilotes)– gestion des files d'exécution (aussi nommée processus) :

• attribution de la mémoire à chaque processus• ordonnancement des processus (répartition du temps

d'exécution sur le ou les processeurs)• synchronisation et communication entre processus

(services de synchronisation, d'échange de messages, mise en commun de segments de mémoire, etc.)

– gestion des fichiers (au moyen de systèmes de fichiers)– gestion des protocoles réseau (TCP/IP etc.)


Noyau• Au lancement:

– Boot: le programme qui initialise l’ordinateur

– Permet aux premiers services d’accéder aux applications système : gestion de la mémoire, accès aux disques durs et accès aux périphériques

• Mémoire centrale (vive): répartition– Réservée pour le système

– Réservée pour les applications

• Assure une indépendance entre les applications et les matériels


Les bibliothèques dynamiques

• = Libraries

• Regroupent les opérations souvent utilisées, selon les fonctionnalités (E/S, fichier, …)

• Ces opérations sont disponibles pour être appelées et exécutées par d’autres programmes


Le système de fichiers

• Un système de fichiers est une structure de données permettant de stocker les informations et de les organiser dans des fichiers sur des mémoires secondaires (disque dur, disquette, CD-ROM, clé USB, etc.)

• Ce stockage de l'information est persistant

• Une telle gestion des fichiers permet de traiter, de conserver des quantités importantes de données ainsi que de les partager entre plusieurs programmes informatiques

• Il offre à l'utilisateur une vue abstraite sur ses données et permet de les localiser à partir d'un chemin d'accès


Interface utilisateur-machine

• Via ligne de commande (interpréteur de commandes)– shell, MSDos

• Interface graphique (Graphical User Interface)– Xterm, Linux, Windows, Macintosh


Shell

• Shell (coquille par opposition au noyau) = L'interpréteur de commandes permettant la communication avec le SE par l'intermédiaire d'un langage de commandes

• Permet à l'utilisateur de piloter les périphériques en ignorant toutes les caractéristiques du matériel qu'il utilise, (exemple: la gestion des adresses physiques).

• E.g. sur Unix/Linux: csh, tcsh, …– ls : lister les répertoires et les fichiers du répertoire courant– mv x y : changer le nom du fichier/répertoire « x » en « y »


Deux Modes d’exécution

• But: protéger l'exécution du système d'exploitation de celles des programmes utilisateurs,

• Le mode utilisateur dans lequel les programmes utilisateurs sont exécutés.

Dans ce mode certaines instructions sont interdites, de cette manière on contraint les programmes à faire appel au système d'exploitation pour certaines opérations.

• Le mode protégé ou superviseur (également appelé mode noyau) est réservé à l'exécution des primitives du système d'exploitation. Dans ce mode le processeur peut exécuter toutes les instructions. Les appels système s’exécutent dans ce mode.


Les appels systèmes

• Les appels système sont des fonctions :

– appelées depuis un programme du mode utilisateur.

– dont l’exécution (le traitement) est effectuée dans le mode noyau .

– dont le retour est effectué dans le programme appelant dans le mode utilisateur.


utilitaires


Les différents types

d’architectures

des systèmes d’exploitation


Les différents types d’architecture de systèmes d’exploitation

• On parle de structures du noyau du système d’exploitation– Monolithiques

– Modulaire / Multicouches

– Micronoyaux

– Exonoyaux

– Machine virtuelle

• Le noyau est généralement exécuté dans un espace mémoire séparé de l’espace des applications: espace noyau. Par opposition à l’espace utilisateur. Le passage entre ces deux espaces se fait via des appels systèmes. L’intérêt de cette séparation est que le système ne crash/se plante pas si une application plante.

Partie 1 : Introduction 59

Système d’Exploitation Monolithiques

• Un seul bloc contenant l’ensemble des services système (mode noyau).

• Facilité de conception

• Rapidité d’exécution

• Code dur à maintenir

• Dos, très vieux UNIX et Linux, etc.


Application Application

serviceservice

serviceservice

serviceservice

serviceservice

serviceservice

serviceservice

Application

serviceservice

serviceservice

Matériel


Système d’Exploitation Multicouches

– SE organisé en hiérarchie de couches. Chacune construite sur la base des services offerts par la couche inférieure.

– Facilité de conception et de développement

– Code plus organisé et maintenable.

– Chargement des fonctionnalités à la demande

– Linux, BSD, SOLARIS


Application Application

serviceservice

serviceservice

serviceservice

serviceservice

serviceservice

Application

serviceservice

Matériel


serviceservice serviceservice

Système d’Exploitation Micronoyau

• Déplace plusieurs fonctions du SE vers des « processus serveur » s’exécutant en mode utilisateur réduction au maximum de la taille du code privilégié (en mode noyau).

• But: gérer les communications entre applications et serveurs pour:

– Renforcer la politique de sécurité

– Permettre l’exécution de fonctions système (accès aux registres d’E/S, etc.).

• Fiabilité augmentée: si un processus serveur « crash », le système continue à fonctionner et il est possible de relancer ce service sans redémarrer.

• Modèle facilement étendu à des systèmes distribués

• MAC OS X, GNU HURD, WindowsNT

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MicronoyauMicronoyau

Processus client

Processus client

Processus client

Processus client

Processus serveur

Processus serveur

Serveur de terminaux

Serveur de terminaux

Serveur de fichiers

Serveur de fichiers

Serveur de mémoire

Serveur de mémoire

Mode utilisateur

Mode noyau

Autres types de noyaux…

SE à Noyaux hybrides

SE à Méta-noyaux

SE à Exo-noyaux

SE machine virtuelle(VMWARE)

SE à noyaux temps réel


Documents

Chiheb Eddine Ben N’Cir Chiheb.benncir@gmail