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Les syst` emes d’exploitation Wadoud Bousdira 1 [email protected] 1 LIFO, University of Orl´ eans Orl´ eans, France Orl´ eans, 2018-2019

Les syst emes d’exploitation

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Page 1: Les syst emes d’exploitation

Les systemes d’exploitation

Wadoud Bousdira1

[email protected]

1LIFO, University of OrleansOrleans, France

Orleans, 2018-2019

Page 2: Les syst emes d’exploitation

Gestion des entrees/sorties

Systeme d’E/S

Interface entre les utilisateurs et les peripheriques

Les peripheriques

extreme diversite de peripheriques ;

correspondent a la partie la moins figee de l’ordinateur (on ajoute, onremplace des peripheriques. . .)

permet a l’utilisateur de realiser des operations d’E/S de maniereuniforme, avec des commandes de haut niveau.

L’utilisateur ordonne des operations d’E/S logiques (ou virtuelles) le SEles transforme en E/S physiques ou reelles.

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Page 3: Les syst emes d’exploitation

Diversite des peripheriques

3 sens de communication

peripheriques d’entrees : clavier, souris, ecran tactile, tablettegraphique, manette de jeu, scanner, camera magnetique, etc. . .

peripheriques de sorties : ecran graphique, imprimante, enceintes,etc. . .

peripheriques d’E/S : imprimante multi-fonctions, disquette, disquedur, clef amovible, CD, DVD, bande magnetique, carte reseau,modem, etc. . .

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Page 4: Les syst emes d’exploitation

Diversite des peripheriques

Caracterisation

vitesse de transfert de l’information depuis ou vers le peripherique. Deqq octets/seconde (clavier) a des dizaines de Mo/seconde (disque durou interface reseau).

format des donnees. Bit par bit (modems reseaux), ou octet paroctet, ou plusieurs octets a la fois.

commandes envoyees et signaux emis,I un disque dur lance des commandes de deplacement de la tete de

lecture,I une imprimante previent d’un manque de papierI une carte reseau informe de l’arrivee d’un acces entrant. . .

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Page 5: Les syst emes d’exploitation

Gestion des E/S

La communication utilise des bus

Bus

Processeur

et cache

Carte vidéoMémoire

principaleBus

vidéo mémoire

Bus

Bus principal

Bus de communication

Pont nord

Pont sudd’entrées/sorties

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Page 6: Les syst emes d’exploitation

Gestion des E/S

Les bus

Tendance a l’integration de plus en plus poussee sur la puce du processeur.

Bus principal (ou bus systeme) :I doit etre le plus rapide et le plus large possibleI relie a un circuit integre specialise, charge de repartir les informations

entre processeur, memoire, carte video et les autres composants, via lepont sud.

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Page 7: Les syst emes d’exploitation

Les bus

Structure

en 3 parties

le bus d’adresses. Designe un element ou une case memoireI 32 bits en general. Sur les processeurs recents, 36 a 42 bits.I Vehicule des adresses physiques. Taille independante des adresses

virtuelles d’un processus.I souvent unidirectionnel. C’est le processeur qui indique une adresse aux

autres composants.

le bus de donnees. Permet de transferer les informations d’uncomposant a un autre.I de sa largeur depend le debit d’informations disponibles sur le bus.

Ex. s’il est de 8 bits, permet d’echanger un octet a la fois.

le bus de controle. Transporte les signaux de controle qui indiquent letype d’operation souhaite, dont les elements sont sur les 2 autres bus.I bidirectionnel pour que les composants qu’il relie puissent

communiquer si besoin.

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Page 8: Les syst emes d’exploitation

Les bus

Arbitrage du bus

Conflit d’acces quand plusieurs elements sont connectes a un meme bus etque plusieurs d’entre eux demandent simultanement a le controler pouremettre une requete

arbitrage centralise : l’un des composants est designe comme arbitreI les demandes d’acces au bus se font via une ligne specialisee et l’arbitre

accede a la requete de l’un des composants en fonction de prioritespre-etablies (ou tournantes).

I surcharge l’arbitre, ou necessite d’ajouter un circuit dedie a l’arbitrage.

arbitrage decentralise : aucun arbitre n’est designeI chaque composant emet une requete sur des lignes speciales et

compare son niveau de priorite a celui des autres elements.I le plus prioritaire sait que le bus lui est attribue et qu’il peut l’occuper.

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Page 9: Les syst emes d’exploitation

Les bus

Horloge du bus

Les composants de l’ordinateur travaillent a des rythmes differents, il fautles synchroniser.

Bus asynchrone : relie deux composants sans contraintes temporellesfortes. Chacun peut travailler a son propre rythme.

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Page 10: Les syst emes d’exploitation

Bus asynchrone

Lecture memoire effectuee par le processeur

3

...

...

...

...

...

bus d’adresses

Lecture

Requete

bus de

données

Acq

Données

1

2

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Page 11: Les syst emes d’exploitation

Bus asynchrone

1 Mise a 1 sur le bus de controle : acces demande.

2 l’information demandee est disponible sur le bus de donnees. Leboıtier memoire le signale en validant une ligne d’acquittement.

3 le processeur recupere la donnee, remet le signal de lecture au repos,et desactive le signal de requete. Signal d’acquittement desactive.

Grande souplesse

plus grande complexite du materiel a cause de la gestion de signaux

supplementaires

Plus utilise comme bus principal, mais uniquement pour les E/S.

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Page 12: Les syst emes d’exploitation

Horloge du bus

Bus synchrone : integre un signal d’horloge sur un des fils de la partiecontrole.I Permet une synchronisation des unites connectees lors d’un echange

d’informations.

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Page 13: Les syst emes d’exploitation

Bus synchrone

Lecture de donnee en memoire

3

AdresseBus

d’adresses

Horloge

cycle 2 cycle 3cycle 1

Données

Lecture

Bus de

données

1

2

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Page 14: Les syst emes d’exploitation

Bus synchrone

1 Au debut du cycle d’horloge, le processeur envoie l’adresse demandeesur le bus d’adresses et un signal de lecture memoire.

2 Le bus maintient ces signaux pendant 2 cycles (specifications du bus).L’information renvoyee doit etre disponible au debut du troisiemecycle d’horloge.

3 le processeur recupere cette information au 3eme cycle d’horloge. A lafin de ce cycle, elle est retiree.

La description temporelle des echanges dans les specifications permetde savoir quand chaque composant doit faire son travail.

Du point de vue materiel, unites fonctionnelles simples

Plus grande rigueur pour integrer les contraintes temporelles de

chaque composant des la conception

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Page 15: Les syst emes d’exploitation

Gestion des entrees/sorties

Controleur d’E/S

Place entre le bus systeme (ou un 1er bus de communication) et leperipherique.

pilote l’operation d’E/S a la place du processeur

formate les donnees et les memorise temporairement pour adapterleur format et la vitesse de leur transfert entre le bus decommunication et le peripherique

permet le branchement de divers modeles de peripheriques via uneinterface externe standardisee.

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Page 16: Les syst emes d’exploitation

Gestion des entrees/sorties

Bus et controleurs d’E/S

Firewire

ports

USB

Controleur

Ethernet

Controleur

Firewire

Controleur

graphique

ControleurUSB

Disquedur

LecteurCD/DVD

Controleur

Wifi

MémoireprincipaleNord

Pont

Processeur

et cache

bus système

bus de communication

bus PCIexpress

bus UATA

bus

serial UATA

Controleurs PCI

Controleur

de disque

moniteurvidéo

bus PCI

express

Pont Sud

portEthernet

port

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Page 17: Les syst emes d’exploitation

Controleurs

Controleur d’E/S et peripheriqueBus interne de communication

Interfaceinterne

MémoireLogique de

commande

Interface

externe

Interface

externe

Electronique

de commande

Bus externe standard

Controleur d’E/S

dans un chipset ou

un circuit spécifique

Eletronique de commande

dans le périphérique

Matériel

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Page 18: Les syst emes d’exploitation

Gestion logicielle des E/S

commandes du controleur programmees en assembleur

pour chaque peripherique, installer un pilote specifique dans l’OS.

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Page 19: Les syst emes d’exploitation

Gestion logicielle des E/S

E/S par interrogation

pour des E/S simples.

Le processeur interroge periodiquement le peripherique (polling)

simple a gerer au niveau de la carte d’E/S

oblige le processeur a une attente active pendant tout le deroulement

de l’operation ⇒ l’empeche d’effectuer d’autres taches

peripheriques avec un temps de reponse court et transferant peu dedonnees a chaque fois, ex. une souris

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Page 20: Les syst emes d’exploitation

Gestion logicielle des E/S

E/S par interruption

Au lieu de consulter le controleur d’E/S en permanence, le processeurattend que celui-ci le previenne de la fin d’une operation (erreur,disponibilite de la donnee) par une interruption

le controleur envoie un signal d’interruption au processeur

l’OS reprend la main pour interroger le controleur en lui envoyant unecommande de lecture du statut du peripherique

le controleur indique que la donnee est prete ou previent d’une erreur.

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Page 21: Les syst emes d’exploitation

E/S par interruption

Bien adapte aux E/S asynchrones

permet au processeur de ne pas gaspiller le temps correspondant au

delai d’attente de disponibilite du peripherique

perte de temps dans les transferts de donnees car celles-ci empruntentdeux fois le bus (peripherique → processeur, processeur →memoire)

Reserve aux transferts de donnees courts.

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Page 22: Les syst emes d’exploitation

E/S par acces direct a la memoire

Le controleur d’E/S travaille directement avec la memoire sans passer parle processeur

la carte d’E/S est equipee d’un controleur DMA (Direct MemoryAccess)

le DMA peut prendre le controle du bus pour envoyer les donnees versla memoire depuis le peripherique, et inversement. Il contientI un registre d’adresses relie au bus d’adresses,I un registre de donnees relie d’un cote au peripherique et de l’autre au

bus de donnees,I un compteur (nb octets a transferer).

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Page 23: Les syst emes d’exploitation

E/S par DMA

bus d’adresses

Compteur

Registre

d’adresses

Registrede données

Controleur DMA

Processeur Mémoire

Périphérique

bus de controle

bus de données

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Page 24: Les syst emes d’exploitation

Acces direct a la memoire

Le processeur est completement decharge du travail lie a l’E/S

La complexite du controleur ↗

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Page 25: Les syst emes d’exploitation

E/S par processeur specialise

Carte d’E/S possedant son propre processeur

execute un programme stocke dans une memoire auxiliaire,

gere la totalite de l’E/S (calculs, transferts, erreurs,. . .)

le processeur indique au processeur specialise l’adresse du programmea executer. Il est prevenu de la fin de l’execution par une interruption.

convient aux E/S compliquees (ex. affichage video).

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