Systèmes d'Exploitation - chp1-introduction

Introduction aux Systèmes d’ExploitationDéfinition, Historique, Mécanismes de base

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Systèmes d’Exploitation2èm e Année (GL-RT- I IA- IMI )

ARCHITECTURE D’UN ORDINATEURIntroduction aux Systèmes d’Exploitation


Ordinateur

• Un ordinateur est une machine électronique qui permet l’exécution des programmes

• Un programme est un ensemble d’instructions qui seront traduites en signaux électroniques

• La sortie de ces programmes est convertie à nouveau pour que l’utilisateur puisse la comprendre


Architecture d’un Ordinateur

Entrée Sortie

Processeur

Mémoire

… 100101... … 11001...

Ordinateur : Composants Internes


PROCESSEUR

Registres

UAL

Décodeur

MÉMOIRE CENTRALE

BUS (contrôle, données, adresse)

PÉRIPHÉRIQUES Imprimante Modem Lecteur CD Lecteur Amovible

InterfaceAccès Direct à

la Mémoire

Contrôleur

Processeur d’Entrée/Sortie

Ordinateur: Composants (1/2)

• Un ordinateur est composé principalement de :§ Processeur

o Responsable de l’ interprétation des instructions et du ca lcul

§ Carte Mèreo Relie les différents composants d’un ordinateur via un bus

o Responsible de contrôler l’accès aux différents types d’entrées/sorties

§ Mémoire Viveo Mémoire auxilia ire permettant de sauvegarder temporairement les données en

vue de travailler avec plusieurs ressources

o Appelée la RAM (Random Access Memory)

o Mémoire volatile : e lle ne garde les données que s i e lle est a limentée électriquement

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Ordinateur: Composants (2/2)

• Un ordinateur est composé principalement de :§ Mémoires de Masse

o Permettent de sauvegarder les données de manière persistanteo Ex: Disque dur, Clé USB, CD-ROM…o Plus lentes que la mémoire vive

§ Périphériqueso Composants permettant à l’ordinateur de communiquer avec l’extérieur

(utilisateur ou autre ordinateur)o Périphériques d’entrée:

‣ C lav ier, souris, carte réseau, mémoire de masse, etc.o Périphériques de sortie:

‣ Écran, imprimante, carte réseau, mémoire de masse, etc.

§ Logicielso Programmes systèmes : gère le fonctionnement de l’ordinateuro Programmes d’application : exécute le travail demandé par les utilisateurs

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SYSTÈMES D’EXPLOITATIONIntroduction aux Systèmes d’Exploitation


Système d’Exploitation : Définition

• OS: Operating System (en anglais)• Programme système fondamental

• Contrôle toutes les ressources de l’ordinateur de manière efficace• Représente une base sur laquelle les programmes d’application sont

écrits

• Représente une abstraction du système sous-jacent§ Permet de cacher la complexité de la machine pour l’utilisateur, pour lui

permettre de l’utiliser sans savoir ce qui est derrière

• Selon Coy: Abstraction du terme “Machine” § Machine réelle = Unité centrale + périphériques

§ Machine abstraite = machine réelle + système d’exploitation§ Machine utilisable = machine abstraite + applications


Systèmes d’Exploitation

Exemples de Systèmes d’Exploitation

• Systèmes pour ordinateurs personnels§ Windows, Linux, MacOSX…

• Systèmes mainframes (grands systèmes)§ Multics, IBM MVS, BS2000…

• Systèmes pour smartphones§ Android, iOS, Backberry OS, Windows Phone, Bada…

• Systèmes pour TV§ Android TV, Tizen, tvOS, Firefox OS…

• Et bien d’autres…


Systèmes d’Exploitation

HISTORIQUE DES SYSTÈMES D’EXPLOITATIONIntroduction aux Systèmes d’Exploitation


Quatre Générations d’Ordinateurs

1ère Génération1938 - 1955

2ème Génération1955 - 1965


4ème Génération1980 – Auj.


Historique des Systèmes d’Exploitation








• Première génération (1938 – 1955)§ Tubes à vide et tableaux d’interrupteurs

§ Machines énormes remplissant des pièces entières

§ La même équipe concevait, construisait, programmait, administrait et maintenait la machine

§ Tout programme était conçu en langage machine (pas de langage abstrait)

§ Le programme est conçu en basculant destableaux d’interrupteurs pour contrôler les

fonctions de base de la machine

§ Simples calculs numériques

§ Pas de système d’exploitation!








• Deuxième génération (1955-1965)§ Transistors et systèmes par lots§ Séparation nette entre concepteurs, constructeurs, programmeurs,

opérateurs et personnel de maintenance§ Programmes écrits en FORTRAN puis codés sur des cartes perforées§ Opérateur humain traite séquentiellement un job et gère la soumission des

entrées (lecture des cartes perforées) et sorties (sur imprimante)§ Calculs scientifiques et d’ingénierie, résolution d’équations aux dérivées partielles§ Systèmes d’exploitation

o FMS: Fortran Monitor Systemo IBYS (IBM)








• 3ème génération (1965 – 1980)§ Circuits intégrés

§ Une seule gamme de produitso Début 60, des machines pour E/S (IBM 1401) d’autres pour le ca lcul (IBM 7094)

o Puis des machines avec la même archi. Matérielle et même jeux d’instructions

§ Multiprogrammationo Plusieurs programmes peuvent tourner en para llèle sur une même machine

o Mémoire partagée

o Mécanismes de protection

§ Spool (Simultaneous Peripheral Operation On Line)§ Systèmes d’exploitation: MULTICS, DEC PDP, UNIX








• Quatrième génération (1980 – Aujourd’hui)§ Ordinateurs personnels

§ Circuits intégrés à haute densitéo Puces contenant des milliers de transistors sur 1mm 2 de s ilicium

o Micro-ordinateurs, très peu onéreux comparés aux mini-ordinateurs de type PDP-11

§ Systèmes d’Exploitationo CP/M, MS-DOS, MAC OS X, Windows, UNIX, Linux…

Une Cinquième Génération?



• Cinquième génération (Aujourd’hui – Futur)§ En développement

§ Ordinateurs basés sur l’intelligence artificielle

§ Objectifs:o Développer l’appareil qui pourra répondre

correctement au langage naturel et capable d’apprendre et s’organiser lui-même

§ Utilisation du calcul quantique et des technologies moléculaires et nano

TYPES DE SYSTÈMESIntroduction aux Systèmes d’Exploitation


Traitement par Lots (Batch Processing)

• Un utilisateur donne plusieurs commandes (Job) dans une queue d’exécution de programmes

• Exécution entièrement séquentielle

• Certains systèmes utilisent encore ce mode pour faire des traitementslourds pendant la nuit, par exemple


Types de Systèmes

Multi-Tâches et Multi-Processeurs

• Système multi-tâches§ Assurer l’exécution de plusieurs processus en même temps

§ Chaque processus a besoin du processeuro Situation concurrente

o Solution: ordonnancement (scheduling)

• Système multi-processeurs§ Système avec plusieurs processeurs

o Para llèle

o Vrai multi-tâche

o Doit assurer qu’il y’a l’exécution d’autant de processus que de processeurs en même temps

§ Au contraire, un système avec un seul processeuro Quasi-para llèle

o Doit arrêter et reprendre les différents processus (ordonnancement)


Types de Systèmes

Multi-Utilisateurs (Time-Sharing)

• Permet à différentes personnes de travailler avec un ordinateur en même temps

• Connexion:§ Via le terminal de l’ordinateur lui-même

§ À distance (telenet, ssh, ftp…)

• Donner l’impression à chaque utilisateur qu’il est le seul• Exige une gestion des droits

§ Des fichiers (pour éviter la consultation ou destruction de fichiers privés)

§ Des processus


Types de Systèmes

Systèmes Temps Réels

• Dans un système temps réel, le comportement correct du systèmedépend, non seulement des résultats logiques de traitement, maisaussi du temps auquel ces résultats sont produits

• Ses objectifs sont:§ Déterminisme logique: les mêmes entrées appliquées au système

produisent les mêmes résultats

§ Déterminisme temporel: respect des contraintes temporelles (échéance)

§ Fiabilité: le système répond à des contraintes de disponibilité

• Un système temps réel n’est pas un système qui “va vite”, mais un système qui satisfait des contraintes temporelles pré-établies.


Types de Systèmes

Systèmes Répartis (ou Distribués)

• Ensemble d’ordinateurs indépendants qui apparaît à un utilisateurcomme un système unique et cohérent

• “A distributed system is one on which I can’t do my work if some computer, that I never heard of, has failed” [Lamport]

• Ensemble d’entités autonomes de calcul (ordinateurs, PDA, processeurs, processus, …) interconnectés et qui peuventcommuniquer.


Types de Systèmes

Cloud Computing

• Appelée également : ”Informatique en nuage”• C’est l'accès via un réseau de télécommunications, à la demande

et en libre-service, à des ressources informatiques partagéesconfigurables.

• Délocalisation de l’infrastructure informatique• 3 catégories principales

§ IaaS: Infrastructure as a Serviceo Offre des machines virtuel les sur lesquelles le co nso mmateur peut instal ler un

système d’explo itatio n et des applicatio ns§ PaaS: Platform as a Service

o Le fo urnisseur prend en charge le système d’explo itatio n et les o uti lsd’ infrastructure

o Le co nso mmateur co ntrô le les applicatio ns et peut instal ler ses pro pres o uti ls§ SaaS: Software as a Service

o Les applicatio ns so nt mises à la dispo sitio n des co nso mmateurs, grâce à un navigateur web o u instal lée en lo cal sur leurs o rdinateurs


Types de Systèmes

EXPLOITATION DE LA MACHINE Introduction aux Systèmes d’Exploitation


Virtualisation

• Processus qui consiste à créer une version logicielle(ou virtuelle) d’une entité physique

• Peut s’appliquer aux applications, serveurs, stockageou réseau

• Permet de réduire les dépenses informatiques en stimulant l’efficacité et la flexibilité des entreprisesde toute taille


Exploitation de la Machine

Virtualisation: Principes

• Chaque application et système d’exploitation se trouvedans un conteneur logiciel, appelé “machine virtuelle” (ouVM pour Virtual Machine)

• Les VM sont complètement isolées, mais les ressourcesde calcul, les processeurs, le stockage et la mise en réseau sont mis en commun et alloués dynamiquement à chaque VM par un logiciel appelé Hyperviseur

• Chaque application reçoit ce dont elle a besoin en termes de ressources

• Les serveurs sont ainsi exploités de manière optimale et leur coût chute de manière spectaculaire



Virtualisation: Avantages

• Optimiser l’utilisation de matériel• Minimiser le coût d’achat de matériel, ainsi que le coût

des licences • Faciliter et centraliser la maintenance • Centraliser et unifier le contrôle de sécurité • La création des machines virtuelles préconfigurées à la

demande permet une meilleure disponibilité • La migration à chaud des VM entre serveurs physiques

permet la répartition de la charge de travail



Modes du Processeur

• Le processeur a plusieurs modes d’exécution, au moins un mode superviseur et un mode utilisateur

• Mode superviseur/noyau§ Mode propre au système d’exploitation, pour réaliser des opérations

critiques, appelées instructions privilégiées§ Le code en mode noyau a un accès total à la machine (mémoire,

instructions, périphériques)

• Mode utilisateur/usager§ Mode d’exécution des programmes ou applications utilisateur

§ Mode non privilégié

§ Le code en mode utilisateur n’a qu’un accès limité à la mémoire et ne peut pas exécuter certaines instructions dangereuses



Modes du Processeur: Appel Système

• Quand un processus usager a besoin d’un service du SE, par ex. E/S, i l exécute un appel du système

• C’est une instruction qui cause une interruption (trap) et changement de mode (mode superviseur)

• Est associée à des paramètres qui indiquent le type de service désiré• Le S/E prend la relève et exécute le service, puis il retourne au processus

appelant avec des params qui indiquent le type de résultat • Changement de mode (mode usager)



Processus Utilisateur

Noyau (Kernel)

Exec. processus Appel Système Retour de l’Appel Système

Exécution de l’Appel Système

trap

Mode Usager

Mode Noyau

Références


• Mona Laaroussi, Les systèmes d’exploitation, Cours INSAT, 2009

• Laurent Réveillère, Introduction aux Systèmes d’Exploitation, CoursEnseirb-Matmeca Bordeaux, 2013

• Frank Singhoff, Introduction aux systèmes temps réel, CoursUniversité de Brest.

• M. Mosbah, Modèles et Approches Formels pour les SystèmesDistribués, Laboratoire de recherche Labri

• Vmware, www.vmware.com, consulté le 17/10/16

Technology

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