Système d`exploitation Généralités

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Système d’exploitation
Généralités
IUT G.T.R
1ère Année
Sylvain MERCHEZ
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PLAN DU COURS
!Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation
!Historique : les premiers S.E.
!Les différents systèmes existants
!Les différentes tâches d ’un S.E.
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Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation ?
!Définition :
!Un système d ’exploitation (Operating System) est un
ensemble d ’instructions qui alloue des ressources aux
programmes
!Exemples de ressources
!le CPU
!la mémoire
!les périphériques d ’entrées et de sorties
!les données (fichier, disque)
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Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation ?
!S.E = un gestionnaire de ressources et
ordonnanceur
!Ce gestionnaire doit être efficace, équitable et simple.
!S.E = contrôleur des ressources
!Vérifie le bon fonctionnement, évite les erreurs,
exploite et contrôle les E/S.
S.E = noyau qui tourne en permanence pour
coordonner et contrôler l ’utilisation du matériel
et faciliter le travail de l ’utilisateur.
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Couche Matérielle
Microprogramme
Langage Machine
Système d’exploitation
Interpréteur de
commandes
EditeursCompilateurs
JeuxRéservation
Spectacles
Système
Bancaire
Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation ?
!Un S.E permet de cacher les détails matériels et
de proposer un environnement agréable
Programmes
d’application
Programmes
Systèmes
Matériel
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Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation ?
!Un S.E. dépend
!du matériel
!des applications
Impossible de couvrir tous les besoins
=> diversité des S.E.
Gouvernement:
Matériels, logiciels, données = composants du système
S.E. est un moyen d ’utiliser correctement le système
S.E. n ’est pas utile en lui-même mais propose un
environnement de travail efficace.

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A quoi sert un système
d ’exploitation ?
!Un système d ’exploitation doit :
!allouer des ressources
!assurer le partage et la communication des ressources
entre les processus
Définition : Un processus est un programme en cours
d ’exécution
!permettre l ’exécution d ’un maximum de tâches
Système multi-tâches, multi-utilisateurs,
multi-ressources
=> Problèmes de sécurité
!
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A quoi sert un système
d ’exploitation ?
!Un système d ’exploitation cache les détails
matériels pour :
!simplifier (conventionner) l ’utilisation de certaines
ressources
!rendre disponible des ressources qui n ’existent pas
nécessairement sur la machine
(e.g. via réseaux)
!assurer un niveau de sécurité entre les processus et
entre le système lui-même
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PLAN DU COURS
!Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation
!Historique : les premiers S.E.
!Les différents systèmes existants
!Les différentes tâches d ’un S.E.
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Les premiers ordinateurs
!Un ordinateur = une grosse machine
commandée par une console
!Le programmeur est aussi l ’opérateur
!il charge le programme en mémoire
!il indique l ’adresse de début
!il vérifie le fonctionnement grâce à des diodes
!il examine le contenu de la mémoire (registres) en cas
de problèmes
!le résultat est imprimé ou stocké sur bandes
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Les premiers besoins
!Multiplicité des périphériques
!Chaque E/S a ses propres caractéristiques : buffers,
registres, drapeaux, bits de contrôle, etc …
=> écriture de drivers
!Introduction de compilateurs
!faciliter et aider le travail du programmeur pour gérer
tous les types de matériels et logiciels
!Nécessité de charger les compilateurs, les
drivers avant d ’exécuter son propre
programme
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Les premiers systèmes
!Comment augmenter les temps d ’utilisation ?
!Seuls les opérateurs ont accès à l ’ordinateur
(moniteur)
!Le traitement est regroupé par nature afin de faciliter
le travail des opérateurs (traitement par lots)
Le temps de réponse du point de vue
utilisateur est encore long
S.E encore inactif pendant les changements
Peu d ’interactivité
!

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Les premiers systèmes
!Le CPU va beaucoup plus vite que les
périphériques
(vitesse du CPU en MIPS, vitesse périphérique en µs)
!Remplacer les périphériques par des plus rapides
!Utilisation du disque magnétique (permet de lire et d ’écrire
en même temps)
!Utilisation de cache, de tampon (buffer)
Idée : Traitement hors ligne des E/S
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PLAN DU COURS
!Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation
!Historique : les premiers S.E.
!Les différents systèmes existants
!Les différentes tâches d ’un S.E.
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Les systèmes multi-programmes
!Plusieurs programmes sont en attente
d ’exécution sur le disque
!Le système charge en mémoire centrale un sous-
ensemble des programmes à exécuter
!Choix du programme à exécuter sur le CPU
!Lorsqu ’un programme utilise les entrées/sorties, un
autre programme peut utiliser le CPU
=> Augmentation du taux d ’utilisation du CPU
!Traitement peut dépendre d ’un
résultat précédent
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Les systèmes temps-partagé
!Variante du système précédent
!Le système choisit le programme à exécuter par le
CPU en fonction :
!des demandes d ’entrées/sorties
!de la consommation du temps d ’utilisation du CPU par les
programmes (avec une période maximale)
=> Tous les processus avancent à un rythme régulier
Si la période est faible, tous les utilisateurs ont l ’impression
qu ’ils sont seuls à utiliser la machine
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Les systèmes temps-partagé
!Ce système est plus complexe et demande
!une gestion plus complexe de l ’occupation de la
mémoire centrale par les processus
!la mise en place de systèmes de protection
!l ’utilisation d ’un système de fichiers facilement
accessible et une gestion efficace du stockage des
données
!la gestion de la communication et la synchronisation
entre les processus
!Pb : maintenir plusieurs programmes
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Les autres systèmes
!Systèmes pour ordinateur personnel
Offrir une utilisation simplifiée des ressources
+ Faible besoin de calculs
Systèmes mono-utilisateur, uni-tâche : Apple, Windows
- manque de protection, favorise le développement de
virus informatiques
New : Important besoin de communiquer (Internet)
Systèmes multi-utilisateur, multi-tâches : Linux, Windows NT,
etc)
UNIX est le fondement des nouveaux S.E.

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Les autres systèmes
!Systèmes distribués
Coopération entre machines qui mettent en commun
leurs ressources (nécessité de matériels et de fonction
de communication)
+ Plus grande tolérance aux pannes, augmentation
des possibilités de calcul, partage des ressources
- Gestion de la communication entre les machines et
les processus
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Les autres systèmes
!Systèmes parallèles
Répartition de la charge de calcul sur une architecture
matériel dotée de plusieurs CPUs
Multi-processeurs partageant bus, horloge, mémoire,
périphériques, ...
+ Calcul plus important, réduction des coûts, fiabilité
- Gestion des communications, adapter le traitement
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Les autres systèmes
!Systèmes temps-réel
Assure la date de fin d ’un processus
Répond à tout instant
Adapté pour le multi-média, pour la réalité virtuelle,
pour les systèmes embarqués
+ Grande possibilité d ’adaptation des algorithmes
- Pas le temps de calculer les optimums
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PLAN DU COURS
!Qu ’est ce qu ’un système d ’exploitation
!Historique : les premiers S.E.
!Les différents systèmes existants
!Les différentes tâches d ’un S.E.
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Architecture d ’un Ordinateur
CPU Contrôleur
disques Contrôleur imprimante
Contrôleur
mémoire
BUS
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Opérations de Base
!Chargement d ’un programme initial (bootstrap)
!Chargement du système d ’exploitation
(le noyau)
!Lancement de programmes en attente
d ’événement extérieurs

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Opérations de Base
!Chaque événement est signalé par une
interruption de type
!matériel (signal vers CPU)
!logiciel (appel système)
!Dès réception d ’une interruption, le CPU donne la main à un
programme qui traite les interruptions. Ce programme déclenche à
son tour une routine spécifique à l ’interruption
!Tous les systèmes modernes sont pilotés par les interruptions
!Si pas de processus à exécuter, pas d ’entrées-sorties à effectuer,
pas d ’utilisateurs connectés alors le système est en attente d ’un
événement.
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Gestion des processus
Un processus est un programme en cours
d ’exécution, il a besoin de ressources (CPU,
mémoire, fichiers, E/S)
=> Ces ressources sont fournies au lancement
ou en cours d ’exécution.
Un programme
!peut être une entité passive
!peut être une entité active (compteur d ’instructions)
!peut être exécuté par plusieurs processus.
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Gestion des processus
!Le système d ’exploitation gère l ’ensemble des
processus et assure
!la création et la destruction des processus utilisateurs
ou système
!l ’arrêt et la reprise de l ’exécution d ’un processus
!la synchronisation des processus (accès à des
ressources partagées)
!la communication entre processus
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Contrôle des processus
!Le système d ’exploitation contrôle
!le chargement et l ’exécution des processus
!la fin (normal ou anormal) des processus
!la réservation des ressources
(utilisation exclusive)
!connexion entre processus
!envoi de messages
!gestion de la mémoire partagée
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Gestion des Entrées/Sorties
!L ’une des tâches d ’un système d ’exploitation
est de cacher les spécificités du matériel en la
gestion
!des buffers pour les périphériques
!de l ’interface avec les pilotes des périphériques
!des pilotes particuliers
Chaque périphérique (E/S) est sous la responsabilité
d ’un contrôleur.
!Le contrôleur a la charge du déplacement des données (en
provenance ou en destination) d ’un périphérique vers un
tampon mémoire.
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Structures des Entrées-Sorties
!Les interruptions d ’E/S
!CPU initie l ’opération d ’E/S
!le contrôleur effectue l ’opération
!le contrôleur informe de la fin de l ’opération en
déclenchant une interruption
Pendant le traitement de l ’opération, la CPU peu soit
!travailler (mode synchrone)
!attendre (mode asynchrone)
!La structure DMA
!Transfert de données entre périphériques et tampon
mémoire par bloc