OS 2003-04, FPMs, Ch. 11

Informatique de BaseIntroduction aux Systèmes

d'Exploitation

Pierre Manneback

Service d ’Informatique

Faculté Polytechnique de MonsPierre.Manneback@fpms.ac.be

http://elearning.fpms.ac.be

(info)

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Concepts de base des O.S.

Chapitre 1

1.1. Qu'est-ce un O.S. ?1.2. Histoire des O.S.1.3. La jungle des O.S.1.4. Composantes des O.S.1.5. Les appels-systèmes

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1.1. Qu'est-ce qu'un O.S. ?

• C'est la couche logicielle indispensable entre le hardware et les programmes applicatifs

• C'est une machine étendue– Présentation à l'utilisateur d'une machine virtuelle– Masquage de la complexité technique

• C'est un gestionnaire de ressources– Allocation équitable du temps (CPU) et de l'espace (mémoire) entre les

différents processus– Allocation équitable des autres ressources périphériques

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L’O.S. est plus qu’une interface

• Beaucoup d’utilisateurs ne voient que l’interface (shell)

• Intégration de plus en plus forte actuellement entre les services (cfr Windows/Internet)

Hardware

Operating System

Libraries Utilities

Interface

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Objectifs de l’O.S.

• Utilisation efficace des ressources – Eviter les bouchons (bottlenecks) et les temps d’attente– Partage “optimal” du CPU, mémoire, I/O

• Facilité d’utilisation– Le client est roi

• Disponibilité, fiabilité, sécurité– les systèmes informatiques sont le cerveau de nombreuses

entreprises

A failed system can mean a failed company...

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vue abstraite d'un système informatique

Un système informatique est composé de:– hardware– programmes systèmes– programmes d'applications

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1.2. Historique des OS

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Première génération OS 1945 - 1955

• Systèmes batch (par lots) simples

• mono-tâche et séquentiel (héritier: DOS)ComputeRead Print

ComputeRead Print

Gaspillage d ’utilisation CPU !

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Seconde génération OS 1955 - 1965

• Systèmes batch avec spooling (Simultaneous Peripheral Operations On-Line) lecture et écriture

• mieux, mais problème des longs jobs

ComputeRead Print

ComputeRead Print

ComputeRead Print

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Troisième génération OS 1965–1980

• Introduction des concepts de temps partagé et d’interactivité avec les utilisateurs (premiers terminaux texte tty)

systèmes multi-tâches, multi-utilisateurs• nécessité d’un ordonnanceur et de gestion de

processus (priorités, tranches de temps)• les premiers O.S. modernes, propriétaires (IBM,

Dec,…) ou de domaine public (Unix) • vers une gestion moins gaspilleuse des ressources

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Base de la multiprogrammation

Plusieurs jobs sont résidents en mémoire. Nécessité d’un ordonnanceur pour sélectionner le job suivant devant s’exécuter

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Quatrième génération 1980 – ...

• Les premiers PCs: retour en arrière au niveau des O.S. (mono-tâche, mono-user)!

• Les premiers réseaux: intégration des protocoles de communication dans les O.S.

• L’avènement réel de l’informatique moderne

internet a 30 ans! Unix aussi! C également!

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Quatrième génération 1980 – ...• “The system is the network.” (Sun

Microsystems)

• Multi-utilisateurs, Multi-tâches, Multi-processeurs, Multi-ordinateurs (systèmes distribués)

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Résumé de l’histoire de l’informatique

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1.3. La jungle des O.S.

• Mainframe operating systems• Server operating systems• Multiprocessor operating systems• Personal computer operating systems• Real-time operating systems (O.S. temps-réel)• Embedded operating systems (O.S. embarqués)• Smart card operating systems (O.S. pour cartes à

puces)

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Systèmes parallèles

• Plusieurs CPU coopérant en topologie rapprochée (cartes multiprocesseurs, clusters)

• À mémoire partagée, distribuée, ou distribuée et virtuellement partagée.

• Pourquoi ? – Coût/Performance

– Fiabilité/Tolérance aux pannes/Qualité de Service

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Systèmes distribués

• L’application est répartie sur plusieurs ordinateurs (loosely coupled).

• Avantages – Partage de ressources – adaptation application/architecture

• Nouveau concept : Cluster & Grid computing (voir http://www.top500.org)

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Systèmes temps-réel

• Contraintes de temps strictes• Souvent utilisés pour des applications dédicacées de

contrôle (industrie, domaine médical, scientifique,…) • Hard real-time system

Nécessite un O.S.+hardware adapté• Soft real-time system

Nécessite un paramètrage de l’O.S. (ordonnanceur spécialisé)

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Systèmes mobiles (embarqués ou spécialisés)

• de l'informatique dans toutes les machines: cartes à puce, machines à laver, notebook, agenda électroniques, GSM,...

• nécessité d'un O.S. standard, miniature et adapté pour les programmer : Windows CE, adaptation de Linux, PalmOS,...

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1.4. Composantes des O.S.

• Gestion des processus • Gestion de la mémoire• Gestion des fichiers• Gestion des I/O et périphériques• Administration et sécurité• Réseau• Services utilisateurs (interface, audit, monitoring…)

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Gestion des processus

• Un processus est un programme en cours d’exécution– il occupe des ressources (mémoire, fichiers ouverts,

CPU,..)– il a un contexte d’exécution (état)

• Les fonctions indispensables sont:– Création et terminaison– Allocation des ressources– Synchronisation et communication– Administration

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l'arbre des processus

• A a créé 2 processus fils, B et C• B a créé 3 processus fils, D, E et F

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Gestion des processus:gare aux deadlocks!

(a) Un deadlock potentiel (b) un deadlock réel

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Gestion de la mémoire

• Partage équitable de la mémoire entre processus

• Gestion d’une mémoire virtuelle (swap)

• Protection des accès

• Récupération des blocs devenus libres (garbage collection)

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Gestion de la mémoire secondaire

L'O.S. doit gérer efficacement:

– l'allocation/désallocation de l'espace disque– les accès (lents) aux disques– les transferts mémoire-vive/mémoire

secondaire

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Gestion des fichiers

• Administration des fichiers – création/effacement/copiage fichiers/répertoires

– modification des propriétés d’un fichier

– Correspondance fichier/stockage physique

– Backup et archivage

create, delete, open, close

read, write, seek

get or set attributes

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L'arbre des fichiers

.

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L'arbre des fichiers

• Before mounting, – Les fichiers sur "Floppy" sont inacessibles

• After mounting floppy on b,– les fichiers sur "floppy" font partie de l'arbre des fichiers

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Gestion des I/O

• Assurer un niveau d’abstraction: cacher les particularités des systèmes

• Composantes principales– Gestion de buffering, caching et spooling– Drivers

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Administration et sécurité

• Gestion des comptes utilisateurs– quotas, compatibilité, droits d’accès

• Audit du système• Démarrage (boot) et redémarrage en cas de panne• Lutte conte le piratage

Les fonctions réseaux jouent un rôle majeur aujourd’hui (accès distants au CPU et aux périphériques)

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Administration réseau

• Lié de plus en plus à l’O.S.• 4 types de systèmes

– Stand alone (en voie d'extinction)– Multiprocesseurs – Clusters (LAN)– Distribué (WAN)

• 2 modèles de communication– par passage de message – Mémoire (virtuellement) partagée

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Services utilisateurs

• Interface (conviviale)– shell

– GUI (Graphic User Interface)

– scripting (langages de commande)

• Comptabilité, administration• Sécurité, Audit

L’utilisateur veut un O.S. simple d'emploi, efficace, fiable (cfr évolution de l’automobile)

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Structure d’O.S. type - UNIX

signalsterminal handling

character I/O systemterminal drivers

file systemswapping

block I/O systemdisk and tape drivers

CPU schedulingpage replacementdemand pagingvirtual memory

system call interface to kernel

kernel interface to the hardware interface

terminal controllersterminals

device controllersdisks and tapes

memory controllersphysical memory

shells and commandscompilers and interpreters

system libraries

USERS

NOYAU

HARDWARE

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1.5. Les appels-systèmes

• Les appels-systèmes permettent aux applications d'utiliser les ressources systèmes (gestion des processus, fichiers, mémoire I/O).

• Ils font basculer l'application de l'exécution en mode utilisateur à l'exécution en mode "kernel" (noyau)

• Ils déclenchent pour cela une interruption du cours normal de l'exécution ver sun traitement (handler) en mode noyau.

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Quelques appels-système POSIX pour la gestion des processus

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Quelques appels-système POSIX pour la gestion des fichiers

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Correspondance Appels-systèmePosix-Win32