Les systèmes d`exploitation

Support système des accès utilisateurs
STS SIO, 1ère année
Support système des accès utilisateurs
SI1
BTS Services Informatiques
aux Organisations
1ère année
Chapitre 4 :
Les systèmes d'exploitation
Objectifs :
Comprendre le rôle, la composition d'un système d'exploitation.
Connaître les différentes variantes disponibles actuellement.
Plan de la séquence :
1. Le système d'exploitation.
1.1. Le noyau du système d'exploitation.
1.2. Les bibliothèques.
1.3. Les outils système.
1.4. L'interface utilisateur.
1.5. Les programmes applicatifs de base.
2. Historiques des systèmes d'exploitation.
2.1. Windows et ses prédécesseurs.
2.2. Le monde des Mac
2.3. Les systèmes libres Linux.
3. GNU Linux
3.1. Naissance des projets open-source…
3.2. L'open-source est mort, vive le libre !
3.3. Et Linux dans tout ça ?
Ressources :
Internet, Presse spécialisée.
Chapitre 4 : Les systèmes d'exploitation.
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Les ordinateurs sont composés de plusieurs couches logicielles, ayant chacune ses spécifications et ses
objectifs.
La première couche est le système d'exploitation.
Il faut ensuite enrichir cet OS d'un certain nombre de logiciels, transparents à l'utilisateur, nommés
drivers ou pilotes.
Il faut enfin installer les applicatifs nécessaires à l'utilisateur.
1. Le système d'exploitation.
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 informatiques
de l’utilisateur telles que traitement de texte, jeu vidéo, … . Il fournit aux programmes applicatifs des
points d’entrée génériques pour les périphériques.
Un système d’exploitation est typiquement composé :
 d’un noyau ;
 de bibliothèques ;
 d’un ensemble d’outils système ;
 d'une interface utilisateur ;
 de programmes applicatifs de base.
1.1. Le noyau du système d'exploitation.
Le noyau (ou cœur) assure les fonctionnalités suivantes :
 gestion des périphériques (au moyen de pilotes) ;
 gestion de l’exécution des programmes (aussi nommée processus) ;
 gestion de la mémoire attribuée 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, IPX, etc.).
Il s’agit de la couche primordiale, celle qui est lancée lors du démarrage de l’ordinateur que l’on appelle
couramment le boot. Grâce à celui-ci, les premiers services peuvent accéder aux applications système tels
que la gestion de la mémoire, l'accès aux disques durs et l'accès aux périphériques. Il gère donc les
ressources de l’ordinateur et permet aux différents composants matériels et logiciels de communiquer
entre eux.
Dans ces systèmes d’exploitation, la mémoire vive est divisée en deux parties indépendantes : le noyau et
l’espace utilisateur. Ce dernier est l’espace de la mémoire dédié aux applications, ce qui permet plus de
sécurité : les applications de l’espace utilisateur ne peuvent ni accidentellement ni intentionnellement
accéder à une zone mémoire ne leur appartenant pas.
Les noyaux ont comme fonction de base d’assurer le chargement et l’exécution des processus, de gérer les
entrées-sorties et proposer une interface entre l’espace noyau et les programmes de l’espace utilisateur.
Le système d’exploitation, par cette double structure noyau/utilisateur, permet le plus souvent aux
applications d’être indépendantes de la machine sur lesquelles elles fonctionnent. Le système
d’exploitation masque donc les particularités de chaque ordinateur, en garantissant les interfaces
nécessaires à la compatibilité.
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1.2. Les bibliothèques.
Les bibliothèques servent à regrouper les opérations les plus utilisées dans les programmes informatiques,
afin d’éviter la redondance de la réécriture de ces opérations dans tous les programmes.
On distingue généralement deux types de bibliothèques: les bibliothèques système, et les bibliothèques
utilitaires.
Les bibliothèques système sont constituées de fonctions permettant l’utilisation agréable des
fonctionnalités système (généralement des points d’entrée vers des fonctions du noyau, mais pas
seulement). Les bibliothèques utilitaires contiennent des fonctions d’usage courant et pratique (fonctions
mathématiques, fonctions de tri, etc).
Du point de vue du système, les bibliothèques ont différentes caractéristiques, dont le fait d'être ou non
partagées.
Une bibliothèque partagée est une bibliothèque dont il est garanti que le contenu ne sera présent qu’en un
seul exemplaire dans le système d’exécution, les fonctions seront partagées par toutes les applications les
utilisant.
Par exemple, sous Windows, la bibliothèque comdlg32.dll est celle qui permet l'utilisation des boîtes de
dialogue standards, comme Imprimer, Ouvrir, Enregistrer, …
D'autres bibliothèques permettent de faciliter la portabilité des applications, notamment graphiques.
Les traitements graphiques sont effectués la plupart du temps par les processeurs graphiques situés sur les
cartes graphiques.
Tout comme un système d'exploitation conçu pour tourner sur un processeur i386 ne peut tourner sur un
processeur Motorola, les concepteurs d'applications graphiques et de jeux doivent développer leurs
applications pour les différentes plateformes exploitées (consoles, PC, …), mais également pour chaque
modèle de processeur graphique.
Mais ceci n'est pas réalisable.
Il existe donc des bibliothèques qui proposent des fonctions standards et avancées de développement
multimédia (son, images 3D, gestion joystick/clavier, …). Les jeux et autres applications utilisent alors
ces bibliothèques.
Une fois l'application installée, il faut installer la bibliothèque nécessaire, et c'est elle qui s'occupe, en
parallèle avec le pilote de la carte graphique de convertir les instructions pour qu'elles soient exécutées
par le processeur graphique.
Parmi les plus connues, on peut citer Glide (3dfx), OpenGL (libre) et DirectX (Microsoft).
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1.3. Les outils système.
Les outils système permettent :
 de configurer le système : gestion des comptes des utilisateurs, configuration des paramètres
réseau, démarrage automatique des services, etc…
 de passer le relais aux applications proposant des services à un ou plusieurs utilisateurs ou à
d’autres ordinateurs, grâce au réseau par exemple.
1.4. L'interface utilisateur.
L'interface utilisateur aussi nommée interface homme-machine (IHM) permet à un homme de se servir de
l'ordinateur.
Au niveau matériel, elle consistait à l'origine en des interrupteurs et des lampes, puis des cartes perforées.
De nos jours, tous les ordinateurs sont équipés de clavier, souris et moniteur.
Cette interaction homme machine s’élabore tant par le biais d'interfaces graphiques qu'en ligne de
commande par le Shell.
1.4.1. La commande en ligne.
La ligne de commande (en anglais CLI pour Command Line) était la seule interface disponible sur les
ordinateurs des années 1970. Elle est encore utilisée en raison de sa puissance, de sa grande rapidité et du
peu de ressources nécessaires à son fonctionnement. C'est pourquoi, sous Linux, les serveurs restent
généralement en ligne de commande.
Sous Linux, il existe plusieurs shell, à choisir en fonction de ses goûts :
Le bourne shell (sh), le bourne again shell (bash), le korn Shell (ksh), le C Shell (CSH), ...
Sous Windows, il s'agit d'une émulation de l'historique MS-DOS, qui ne porte plus ce nom depuis
Windows Millenium.
1.4.2. L’interface graphique.
L'interface graphique (en anglais GUI pour Graphical User Interface) s’oppose à l’interface en ligne de
commande. Les parties les plus typiques de ce type d’environnement sont le pointeur de souris, les
fenêtres, le bureau, les icônes. D'autres contrôles graphiques sont couramment utilisés pour interagir avec
l’utilisateur : les boutons, les menus, les barres de défilement.
Les systèmes d’exploitation grand public (Windows, MacOS, les distributions grand public de
GNU/Linux, etc.) sont pourvus d’une interface graphique qui, dans un souci d'ergonomie, se veut
conviviale, simple d’utilisation et accessible au plus grand nombre pour l'usage d'un ordinateur personnel.
Ils incluent généralement aussi des utilitaires de gestion de fichiers et de configuration du système.
L’interface graphique est en général relativement indépendante des autres composants du système
d'exploitation. Il est ainsi possible dans certains systèmes d’exploitation de changer ou de personnaliser
son environnement graphique. Sous Windows, ce changement peut s'effectuer à l'aide de programmes
annexes, ce qui permet d'obtenir l'interface (le skin) de Vista sous XP.
Sous Linux, c'est l'utilisateur qui le choisi librement : Gnome, Kde, Xfce, Lxde, ….
Pour les systèmes d'exploitation commerciaux, elle évolue en même temps que le reste du système et
donne son identité à chaque génération du système. Cela contribue à renforcer, pour l'utilisateur,
l'impression d'une évolution tangible du système d'exploitation.
Dans le monde du libre, il est possible de changer de GUI pour une nouvelle version ou une autre, sans
réinstaller le système.
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1.5. Les programmes applicatifs de base.
Les programmes applicatifs de base offrent des services à l’utilisateur (calculatrice, éditeur de texte,
navigateur web, etc.). Ces programmes applicatifs sont souvent fournis en bundle (en vente liée) ou en
natif (inclus par défaut) avec le système d’exploitation. Certaines personnes estiment qu’ils ne font pas
réellement partie du système d’exploitation. La séparation entre les programmes applicatifs de base et le
système d’exploitation est difficile à définir, du fait que l’un devient inutile sans l’autre, et que bon
nombre d’applications sont programmées en supposant que les programmes applicatifs de base sont
toujours présents.
2. Historiques des systèmes d'exploitation.
Les micro-ordinateurs, également appelés PC pour Personnal Computer, sont parmi les dernières
générations d’ordinateurs. Les systèmes d’exploitation qui leur sont dédiés ont donc été développés après
les autres types de systèmes d’exploitation (systèmes pour ordinateur central et pour station de travail
dont les plus connus aujourd’hui sont GNU/Linux et Windows). Un autre type de systèmes d’exploitation
existe et a été créé après l’informatique personnelle : les systèmes d’exploitation embarqués.
2.1. Windows et ses prédécesseurs.
Dans les années 80, les systèmes n’avaient ni la capacité ni la nécessité d’utiliser les systèmes
d’exploitation pour mini et grands ordinateurs. Les premiers systèmes d’exploitation appelés moniteurs
offraient seulement des fonctionnalités très basiques, et étaient chargés le plus souvent depuis de la
mémoire morte.
CP/M (Control Program/Monitor) fut l’un des pionniers en matière de système d’exploitation installé sur
un disque (et non sur mémoire morte). Ce système d’exploitation influença largement la conception de
PC-DOS. Ce dernier, choisi par IBM comme système d’exploitation pour ses premiers PC, fit de
Microsoft l’une des compagnies les plus rentables au monde, qui le dériva en MS-DOS pour en équiper
les PC compatibles du monde entier. Les principales alternatives durant les années 1980 sur le marché des
systèmes d’exploitation furent Mac OS en 1984, AmigaOS et Atari en 1985 et OS/2 en 1987.
Windows s'inspira ensuite très fortement du mac OS pour sortir en 1992 Windows 3.1, le premier
commercialisé et préinstallé avec des PC neufs, basé sur MS-DOS.
En parallèle, la version réseau, nommée 3.1 for Workgroup est commercialisée et intègre un gestionnaire
de protocole réseau pour la communication des ordinateurs.
Fin 1995, Microsoft sort Windows 95et une révolution majeure dans l'interface graphique avec
notamment l'apparition du bouton Démarrer. Il fut le premier système d'exploitation 32 bits, et intégra la
gestion réseau en natif.
En mai 1998, arrive Windows 98, capable d'utiliser le système de fichier FAT32. La version SE (Second
Edition) prend en charge les ports USB.
En septembre 2000, Microsoft sort Windows Millenium Edition, appelé Me. Il intègre des applications
multimédia. Cependant, en raison d'une instabilité notoire, il connu un échec commercial et fut
rapidement abandonné. Il était le dernier système d'exploitation Microsoft basé sur MS-DOS.
En parallèle, Microsoft fit évoluer ses versions professionnelles, pour enchainer Windows 3.11 for
WorkGroup, puis Windows NT 3.1, 3.5, 3.51, et 4.0.
En 2000, Microsoft sort Windows 2000, correspondant à NT 5.0. Windows 2000 a été décliné en quatre
versions : Professional (abrégé en Pro), Server, Advanced Server, et Datacenter Server.
Fort de cette expérience, Microsoft se base sur la technologie NT pour développer Windows XP, déclinés
en plusieurs versions dont XP Home, XP Pro, XP 64 ou encore XP Media Center.
Ce système est résolument robuste, multimédia et fut très apprécié.
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La version server qui succéda à Windows 2000 et baptisée Windows 2003 Server.
Microsoft lança en début 2007 Vista. Il intègre des centaines de fonctionnalités multimédia, mais reste
peu apprécié des professionnels. Du coup, en 2009, Microsoft réécrit Vista et l'appelle Windows 7.
La dernière version pour serveur de Microsoft est Windows 2008 server.
2.2. Le monde des Mac
Appel commercialise en 1983 un premier ordinateur individuel graphique nommé LISA, qui fut un échec,
puis le MACINTOSH en 1984. En adoptant une architecture RISC pour ses processeurs, Apple sort les
PowerPC.
Le système d'exploitation des Macintosh fut nommé … System.
Entre 1983 et 1988, on passa de system 0.0 à la version system 6.0
En 1991, Apple sort la version 7.0, renommé Mac OS 7, puis 7.5 en 1995, 8 en 1997, 8.5 en 1998 et Mac
OS 9 fin 1999.
Depuis 2001, Mac commercialise les systèmes d'exploitation MAC OS X.
2.3. Les systèmes libres Linux.
Amusées par l'initiative de Linus Torvalds, de nombreuses personnes ont contribué à l'aider à réaliser ce
système, si bien qu'en 1991 une première version du système a vu le jour. C'est en mars 1992 qu'a été
diffusée la première version ne comportant quasiment aucun bug.
Avec le nombre croissant de développeurs travaillant sur ce système, celui-ci a rapidement pu intégrer des
redéveloppements libres des outils présents sous les systèmes UNIX commerciaux. De nouveaux outils
pour Linux apparaissent désormais à une vitesse vertigineuse.
Linux est architecturé autour d'un noyau (en anglais kernel) chargé de prendre en charge le matériel. On
appelle distribution l'assemblage d'un ensemble de logiciels autour d'un noyau Linux afin de fournir un
système clé en main. Le noyau d'une distribution peut-être mis à jour afin de permettre la prise en compte
de matériels récents. Toutefois cette manipulation consistant à recompiler le noyau est délicate car elle
nécessite un certain niveau de connaissance du système et du matériel. La recompilation du noyau est à
réserver aux spécialistes.
La plupart des distributions proposent également une installation graphique qui leur est propre ainsi qu'un
système de gestion de paquetages permettant d'installer automatiquement des logiciels en gérant les
dépendances ; les logiciels sous Linux sont parfois liés à des librairies externes ou s'appuient sur d'autres
logiciels.
Chaque distribution possède ses avantages et ses inconvénients. En effet si certaines sont plus adaptées à
des débutants et proposent des interfaces graphiques évoluées, d'autres privilégient la sécurité ou
l'évolutivité. Les distributions les plus connues sont :
La distribution RedHat ;
La distribution Debian ;
La distribution Ubuntu, basée sur une Debian ;
La distribution SuSe ;
La distribution Knoppix ;
La distribution Slackware ;
La distribution Mandriva.
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3. GNU Linux
3.1. Naissance des projets open-source…
En 1957, l'URSS lance le premier satellite artificiel en orbite autour de la Terre, dénommé Spoutnik.
Coup dur pour les États-Unis. D'abord, ils perdent la course à l'Espace ; ils se rattraperont en juillet 1969
avec la mission Apollo 11 et les premiers Hommes à marcher sur la Lune.
De plus, ils s'inquiètent du niveau technologique des soviétiques, bien plus avancés que prévu.
En 1958, le président Eisenhower créé l'ARPA (Advanced Research Projects Agency), agence
gouvernemental regroupant des chercheurs de pointe avec des budgets conséquents, pour garantir la
suprématie technologique, civile et militaire, de la Grande Amérique.
Entre autre, ARPA se donne pour mission de mettre en place un système permettant d'interconnecter de
façon sécurisée les sites militaires stratégiques américains.
Ainsi s'est développé le premier grand réseau informatique reliant des machines hétéroclites : Arpanet,
l'ancêtre d'Internet.
L'ARPA stimule la recherche en informatique, via des grandes universités qui s'ajoutent progressivement
au réseau (29 centres en 1972) et qui n'ont pour contrainte que la transparence de leurs travaux. En
programmation, c'est ce qu'on appelle le open-source : le code source des programmes est diffusé
librement, pour réexploitation, modification, distribution.
En 1969, l'entreprise AT&T, spécialiste en téléphonie, sort la première version de UNIX. N'ayant pas le
droit de commercialiser autre chose que de la téléphonie (cloisonnement des marchés). Du coup, UNIX
est distribué gratuitement, accompagné des codes sources.
L'ARPA encourage alors les universités américaines à travailler sur ce système , et notamment le MIT et
Berkeley.
Ceci fera le succès d'Unix, qui se répand très vite aux Etats Unis, avec le soutient du gouvernement. Etant
"open-source", le code source circule sur le réseau Arpanet, et s'améliore au passage dans chaque
université. Ainsi, Unix se bonifie de jours en jours jusqu'au début des années 1980.
A cette date, le soutient de l'ARPA devient inutile : la fabrication de logiciels est devenue une activité
lucrative. Très rapidement des sociétés privées (Sun ou Hewlett-Packard) développent leur propre version
d'Unix, incompatibles entre elles, et propriétaires.
En parallèle, les sociétés Microsoft (fondée en 1975 à Albuquerque USA), Apple (fondée en 1976 à
Cupertino en Californie) sortent leurs systèmes d'exploitation commerciaux pour les ordinateurs
individuels.
Autrement dit, on perd l'esprit "logiciel open source" initial.
3.2. L'open-source est mort, vive le libre !
En 1983, un certain Richard Stallmann, informaticien au MIT (Massachussets Institute of
Tecnology) reçoit un cadeau de Xerox : la première imprimante laser.
Mais celle-ci gère mal les listes d'attentes de travaux d'impression, ce qui la rend
inopérante en cas de blocage d'un travail d'impression.
Stallmann souhaite alors modifier le programme interne de l'imprimante pour améliorer cela. Il se rend
alors compte que le code source de ce programme n'est pas disponible, sauf pour quelques élus.
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Il ne peut rien y faire, et décide alors de fonder en en 1984, avec un noyau d'irréductibles, la Free
Software Foundation (FSF). Son projet (qualifié d'utopique à l'époque) : inventer un système
d'exploitation libre et gratuit de type Unix, baptisé GNU.
Pourquoi GNU ? (attention, Bac + 3 exigé !) "N" pour "not", "U" pour "Unix", et "G" pour ... GNU ! D'où
"GNU's not Unix" ("GNU n'est pas Unix").
Stallmann s'oppose totalement au concept de logiciel propriétaire "copyrighté" (le copyright est
l'équivalent du droit d'auteur français) en proposant des logiciels "copyleftés" selon la Licence Publique
Générale (LPG) ou GPL (General Public License).
Le concept est assez simple : on peut copier, modifier et distribuer (gratuitement ou pas) un logiciel libre,
à la condition que le produit final soit lui-même en licence GPL. En fait, on enlève ainsi tout obstacle à la
diffusion du logiciel, tout en empêchant qu'il soit accaparé par une seule société privée qui en ferait un
logiciel propriétaire (c'est ce qui est arrivé à Unix, open-source mais pas libre).
3.3. Et Linux dans tout ça ?
Minix est un système d'exploitation, clone d'UNIX, fondé sur un micro-noyau créé en 1987 par le
professeur Andrew S. Tanenbaum à des fins pédagogiques, volontairement réduit afin qu'il puisse être
compris entièrement par ses étudiants en un semestre, et diffusé sous licence GPL.
Le projet GNU avance dans l'ombre jusqu'en 1990, mais il n'a encore fait fonctionner aucun ordinateur
dans le monde... Minix est un outil pédagogique et non un système productif.
C'est en 1991 qu'un jeune étudiant finlandais en informatique, Linus Torvalds, décide de réécrire le
système Minix, et développe, à 21 ans, le noyau (ou kernel en Anglais) pour un système GNU.
C'est LA brique élémentaire qui manquait à l'édifice !
Aidé dans sa tâche par une communauté très active et toujours grandissante sur le tout jeune Internet (d'où
l'intérêt de fournir le code source), Linus finalise en 1993 la version 1.0 de GNU/Linux. Distribuée
gratuitement sur le web, le succès est fulgurant dans le milieu des serveurs (ces machines très puissantes
qui hébergent par exemple un site Web ou un compte mails, ou gèrent les réseaux d'entreprises, et qui ne
doivent jamais tomber en panne).
Aujourd'hui, Linux équipe une majorité de serveur Web, au détriment d'Unix.
Grâce aux avancées des systèmes comme Samba, openLDAP, openERP, …, Linux tend également à
prendre de plus en plus de place sur le marché des serveurs d'entreprises, au détriment de … Windows
Network Technology.
Le dessin du personnage a été choisi à l'issue d'un concours organisé en 1996 remporté par
Larry Ewing, affiné par Linus Torvalds.
Le nom a été suggéré par James Hughes. Il s'agit de l'apocope du terme américain "tuxedo"
signifiant "smoking" (la tenue de soirée). James Hugues proposa en 1996 un rétro-acronyme
composé à partir des mots Torvalds et UNIX.
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3. Architecture matérielle.
Microsoft Windows n'est actuellement compatible qu'avec les processeurs Intel et AMD, en utilisant les
multi-processeurs (et le multicore) en deux versions : mode 32 bits et mode 64 bits.
Microsoft Windows CE n'est compatible qu'avec les processeurs ARM et MIPS.
Linux s'est vu adapté sur à peu près toutes les architectures disponibles. Les diverses distributions Linux
proposent un ensemble plus ou moins étendu d'architectures.
Jusqu'en 2006, Mac OS n'était compatible qu'avec les ordinateurs Apple, équipés de processeurs
Motorola.
Depuis 2006, les ordinateurs Apple utilisent des processeurs Intel rendant possible l'utilisation de
Windows sur les ordinateurs Apple et Mac OS sur Intel et AMD.
Il est possible de réaliser un multiboot, à savoir installer plusieurs systèmes sur une seule et même
machine en ayant le choix du système au démarrage.
La licence GPL de GNU :
Le code source du noyau de Linux est accessible gratuitement, ce qui fait que ce système peut être
compilé sur d'autres plates-formes que le PC. Afin de permettre la distribution de programmes exempts de
droits, la fondation FSF (Free Software Foundation, traduisez Fondation pour les logiciels libres) a
développé un projet nommé GNU. Les utilitaires GNU sont soumis aux termes de la licence d'utilisation
GPL (General Public License) décrivant les conditions légales de l'utilisation, de la distribution ou la
modification du code source.
Depuis quelques années, la communauté de développeurs de Linux étend les services auprès des
néophytes avec des distributions comme Ubuntu ou Mandriva. Cette ouverture est réussie tant sur le plan
technique que commercial puisque certaines marques proposent leurs ordinateurs grand public avec
Linux. Par exemple certains ordinateurs Dell sont proposés avec un système d’exploitation Ubuntu.
Un autre exemple, plus récent, est celui de la société ASUS qui a lancé un micro portable, nommé
EEEPC, vendu en série avec un système gnu-linux modifié par ASUS pour le rendre simple d'usage.
A noter que les distributions BSD sont également libres.
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