systèmes d'exploitation - chp1-introduction
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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
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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
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Architecture d’un Ordinateur
Entrée Sortie
Processeur
Mémoire
… 100101... … 11001...
Ordinateur : Composants Internes
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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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Architecture d’un Ordinateur
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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Architecture d’un Ordinateur
SYSTÈMES D’EXPLOITATIONIntroduction aux Systèmes d’Exploitation
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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
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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…
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Systèmes d’Exploitation
HISTORIQUE DES SYSTÈMES D’EXPLOITATIONIntroduction aux Systèmes d’Exploitation
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Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération1938 - 1955
2ème Génération1955 - 1965
3ème Génération1965 - 1980
4ème Génération1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération1938 - 1955
2ème Génération1955 - 1965
3ème Génération1965 - 1980
4ème Génération1980 – Auj.
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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!
Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération1938 - 1955
2ème Génération1955 - 1965
3ème Génération1965 - 1980
4ème Génération1980 – Auj.
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Historique des Systèmes 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)
Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération1938 - 1955
2ème Génération1955 - 1965
3ème Génération1965 - 1980
4ème Génération1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• 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
Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération1938 - 1955
2ème Génération1955 - 1965
3ème Génération1965 - 1980
4ème Génération1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• 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?
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• 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
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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
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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)
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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
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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.
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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.
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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
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Types de Systèmes
EXPLOITATION DE LA MACHINE Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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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
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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
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Exploitation de la Machine
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
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Exploitation de la Machine
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
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Exploitation de la Machine
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)
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Exploitation de la Machine
Processus Utilisateur
Noyau (Kernel)
Exec. processus Appel Système Retour de l’Appel Système
Exécution de l’Appel Système
trap
Mode Usager
Mode Noyau
Références
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• 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
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