système d`exploitation

Introduction aux
systèmes d'exploitation
des ordinateurs
Système
y
informatique
q
„
Définition :
… C’est
l’ensemble des matériels et logiciels
qui mettent en jjeu
destinés à réaliser des tâches q
le traitement automatique de l'information.
L objectif d’un
L’objectif
d un système informatique est
d’automatiser le traitement de l’information.
„ Un système informatique est constitué de
deux entités : le matériel et le logiciel.
g
„
2
Système informatique
fa x
m odem
C D -R O M
DVD
d is q u e tte
im p rim a n te
u n ité c e n tra le
m é m o ire
c e n tra le + C P U
d is q u e d u r
m a g n é tiq u e
Unité centrale
é c ra n
ta b le tte à
n u m é ris e r
s o u ris
son
c la v ie r
3
Rappel : fonctions de base
d’un système
y
informatique
q
„
Communication avec l'utilisateur
…
…
„
Calcul (ou traitement)
…
„
élaboration des résultats à partir des données
Séquencement
…
…
„
entrée : entrée des information à traiter : les données
sortie : communication des résultats
Les opérations sont exécutées l'une après l'autre selon un certain plan
appelé un programme.
Le choix d'une opération peut éventuellement dépendre du résultat des
opérations
é ti
précédentes
é éd t
Mémorisation
…
…
Les données et les résultats doivent pouvoir être mémorisés
La séquence des opérations à effectuer (programme) est également
mémorisée
4
Exploitation d’un système informatique
5
Système informatique : le logiciel
„
Un système informatique est composé de deux
niveaux bien distincts : le système d’exploitation
et les applications.
… L’objectif
du logiciel est d’offrir aux utilisateurs des
fonctionnalités adaptées à leurs besoins.
… Le principe est de masquer les caractéristiques
physiques du matériel.
… La solution consiste à structurer en couches le
logiciel chacune offrant des services de plus en plus
logiciel,
évolués au niveau supérieur.
6
Système informatique : le logiciel
7
Système d’exploitation
„
„
Le système d'exploitation (SE, en anglais Operating
S t
System
ou OS) estt un ensemble
bl de
d programmes
responsables de la liaison entre les ressources
matérielles
té i ll d'
d'un ordinateur
di t
(H
(Hardware)
d
) ett lles
applications de l'utilisateur (traitement de texte, jeu
vidéo...)
idé ) (Software).
(S ft
)
Il assure le démarrage de l'ordinateur, et fournit aux
programmes applicatifs des interfaces standardisées
pour l’accès aux périphériques.
8
Services à fournir pour l’exploitation
l exploitation
d’un système
y
informatique
q
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Gestion de la mémoire centrale
centrale,
Gestion de la mémoire de masse (disques),
Communication avec les périphériques : pilotage des
unités d'échanges,
Partage des ressources entre plusieurs usagers (pour les
systèmes multi-utilisateurs)
Communication avec l'utilisateur par l'interprétation d'un
langage
g g de commande ((shell))
9
S tè
Système
d’
d’exploitation
l it ti
„
Fonctions : fournir des services adaptés aux
problèmes usuels :
… la
gestion de l'information : désignation, stockage,
recherche communication
recherche,
… la préparation et la mise au point de programmes
… ll'exploitation
exploitation de programmes (applications)
„
L'ensemble des services fournis aux usagers
constitue une nouvelle machine souvent qualifiée
d'abstraite ou de virtuelle.
10
Interface du système
y
informatique
q
„
„
L'interface du système informatique est constituée
des outils disponibles pour accéder aux services
fournis.
fournis
Ces outils définissent le langage de la machine
abstraite
b t it quii permett aux usagers de
d communiquer
i
avec le système.
11
Organisation schématique d'un
d un
système
y
informatique
q
„
Les fonctions communes à une grande majorité des
applications sont réalisées par un ensemble de programmes
appelés logiciel de base.
exemples :
…
…
„
la gestion de fichiers et de répertoires (dossiers),
ll’impression
impression de documents
Un logiciel d'application réalise une application spécifique
en utilisant des services fournis par le logiciel de base.
exemples : traitement de texte, tableur
12
Organisation
O
i ti schématique
hé ti
d'
d'un système
tè
q : modèle en couches
informatique
Interface du système
informatique tout entier
(machine virtuelle 2)
Interface des fonctions
communes
(machine virtuelle 1)
M hi réelle
Machine
é ll
La ffrontière entre les niveaux
est assez floue :
• application
• logiciel de base
• machine
Logiciels
g
d'application
pp
Logiciel de base
Matériel
13
Logiciel de base et
système
y
d'exploitation
p
Dans le logiciel de base on
distingue habituellement deux
niveaux :
• les outils et services :
compilateur, chargeur, utilitaires ;
• le système d'exploitation :
couche
h inférieure,
i fé i
plus
l proche
h de
d
la machine.
Logiciels
g
d'application
pp
Outils, services
Système
d'exploitation
Matériel
Outils et services sont interchangeables et
peuvent être partiellement ou complètement absents
Par opposition le système d’exploitation est indispensable,
c’est lui qui masque le matériel
14
Définition du système d'exploitation
C'est l'ensemble de programmes qui
fournissent tous les services nécessaires à la
gestion de l'ordinateur.
g
Il fournit les fonctions permettant :
…
lla réalisation
é li ti
de
d la
l machine
hi virtuelle
i t ll qu'il
'il
représente,
… la gestion et le partage des ressources.
15
F
Fonctions
ti
du
d système
tè
d'
d'exploitation
l it ti
„
„
Gestion de l'information : structuration,
conservation,
ti
ttransfert,
f t désignation
dé i
ti d
de
l'information. Fonction réalisée par le
S tè
Système
de
d G
Gestion
ti d
de Fi
Fichiers
hi
(SGF)
(SGF).
Fonction d'exécution : exécution de
programmes en séquence, en parallèle,
composition de programmes. Fonction
réalisée par l'interprète du langage de
commande.
16
Fonctions du système d'exploitation
d exploitation
„
Gestion des ressources physiques
… allocation
de la mémoire principale,
… allocation de la mémoire secondaire,
… allocation des organes d'entrée-sortie,
… allocation du processeur
„
„
Partage et échange d
d'informations
informations entre usagers:
messagerie, liens symboliques, gestion des droits
d accès
d'accès.
Protection mutuelle des usagers.
17
Fonctions du système d'exploitation
„
Services divers :
… aide
à la mise au point de programmes (débogueurs),
… traitement des défaillances,
défaillances
… mesure du temps,
… facturation
f t ti des
d ressources,
… statistiques d'utilisation des ressources,
… mesure de performances,
… etc.
18
Modèle en couche
19
Modèle en couche
20
Noyau
Le noyau d’un système d’exploitation est le logiciel qui assure :
ƒ la communication entre les logiciels et le matériel ;
ƒ la gestion des divers logiciels exécutés sur une machine
(tâches) : lancement des programmes,
programmes ordonnancement
ordonnancement, … ;
ƒ la gestion du matériel : mémoire, processeur, périphérique,
g , ...
stockage,
ƒ La majorité des systèmes d’exploitation est construite autour
de la notion de noyau. L’existence d’un noyau, c’est-à-dire
d’un programme unique responsable de la communication
entre le matériel et le logiciel, résulte de compromis
complexes
l
portant
t t sur des
d questions
ti
de
d performance,
f
de
d
sécurité et d’architecture des processeurs.
21
Importance du langage de commande
„
C'est un point clé du système d'exploitation, on
di ti
distingue:
… Langages
de commande textuels qui sont puissants
mais
i diffi
difficiles
il à utiliser
tili
par un utilisateur
tili t
non iinitié
itié :
Shell Windows (issu des commandes MS-DOS),
„ Shell
Sh ll UNIX
UNIX.
„
… langages
de commandes graphiques d'usage plus
simple
i l mais
i plus
l lilimités
ité :
Bureaux Windows ou MacOS,
„ X-Windows,
X Windows Gnome ou KDE sous UNIX
„
22
Classes de systèmes d'exploitation
d exploitation
„
Systèmes mono
mono-usager
usager
…
…
…
…
„
MS-DOS (Microsoft)
P
Premières
iè
versions
i
d
de M
MacOS
OS
Premières versions de Windows (Microsoft)
Palm OS, Windows CE (assistants personnels)
Systèmes multi-usagers
multi usagers
…
…
…
UNIX, Linux
Windows récents (NT
(NT, 2000
2000, XP
XP, Vista
Vista, 7)
7), MacOS
Tous les systèmes des gros ordinateurs
("mainframes")
23
Exemples de systèmes
d’
d’exploitation
l it ti
L’ di t
L’ordinateur
personnell
25
L’ di t
L’ordinateur
personnell
ƒ
Usages :
… création,
é ti
conservation,
ti
dé
désignation
i
ti d
de fifichiers,
hi
… exécution de programmes,
… création de nouveaux programmes
programmes.
ƒ
Qualités attendues :
… efficacité
(
(bonne
exploitation
p
des capacités),
p
),
… simplicité d'utilisation,
… facilité d'extension par adjonction
„
„
de nouveaux programmes
d
de nouveaux périphériques
26
Système à temps partagé
Fonctions
F
ti
d’un
d’ système
tè d’ordinateur
d’ di t
personnel
+ Gestion des utilisateurs
espaces de travail, droits d’accès
+ Partage de ressources
imprimantes disques,
imprimantes,
disques etc.
etc
+ Gestion des communications
informations partagées,
comm nication entre utilisateurs
communication
tilisate rs
27
C t ôl d
Contrôle
de procédé
édé
Dans une usine de produits chimiques :
synthèse de C à partir de A et de B
vannes
A
B
C
capteur
signaux
de mesure
g
signaux
de commande
Enregistrement
28
Contrôle de procédé
p
29
C t ôl d
Contrôle
de procédé
édé
Le système
…p
peut
agir
g sur des organes
g
externes
… prend en compte le temps (déclenchements
périodiques de contrôles))
… enregistre de l'information : journalisation
Caractéristiques des applications "temps
temps réel"
réel
(surveillance médicale, robots, missiles, etc.)
Principale qualité attendue : la fiabilité
… le
système doit avoir un fonctionnement qui
corresponde exactement aux spécifications
spécifications.
30
L systèmes
Les
tè
à ttransactions
ti
Exemples :
„ Systèmes de réservation de places dans
d ttrains
des
i ou d
des avions,
i
„ Systèmes
y
d'achat à distance.
31
L systèmes
Les
tè
à ttransactions
ti
Fonctions :
… gère
un ensemble d'informations ou une base
de données de taille importante,
… exécution d'un certain nombre d'opérations
prédéfinies,, ou transactions,, portant
p
p
sur ces
informations ; opérations souvent interactives,
… grand nombre de points d'accès
d accès et grand
nombre de transactions simultanées.
32
Les systèmes à transactions
Qualités attendues :
…
…
…
disponibilité : les temps de réponse doivent
satisfaisants,
satisfaisants
fiabilité,
robustesse : capacité de tolérer des pannes.
33
Historique
Évolution des systèmes
d’exploitation
d
exploitation (à travers les âges)
Historique
q
L’histoire des systèmes d’exploitation permet
de dégager des concepts de base que l’on
retrouve dans les systèmes actuels :
„ le traitement par lots
„ la multiprogrammation
„ le temps partagé
35
Historique
36
Historique
37
Historique
38
Traitement p
par lots ((E/S tamponnées)
p
)
ƒ
ƒ
ƒ
Un moniteur d’enchaînement permet
d’exécuter en séquence une série de travaux
préparés
p
p
à l’avance ((les lots).
)
Ce mode de travail est aussi appelé
« batch
b t h processing
i system
t
»
39
Traitement p
par lots ((E/S tamponnées)
p
)
ƒ Protection de l’ensemble des travaux de
perturbations en cas d’erreur :
ƒ limitation du temps d’exécution,
d exécution,
ƒ supervision des entrées/sorties
ƒ protection de la mémoire occupée par le moniteur
d’enchaînement
ƒ Usage d’une horloge et d’instructions
p
privilégiées
g
40
Historique
41
La multiprogrammation
p g
ƒ
ƒ
C’est le partage de la mémoire
entre
t plusieurs
l i
ttravaux en
cours simultanément.
Permet de mieux utiliser le
processeur p
p
pendant les
entrées/sorties (qui sont
gérées p
g
par les unités
d’échange)
Mémoire
Système d’exploitation
d exploitation
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Mémoire disponible
42
La multiprogrammation
p g
ƒ
ƒ
ƒ
Principe :
Un travail en attente peut utiliser le processeur
libéré par un travail qui effectue une opération
d’entrée/sortie.
L processeur peutt changer
Le
h
d’
d’affectation
ff t ti
avant la fin d’un travail pour satisfaire des
contraintes de temps de réponse.
43
La multiprogrammation
p g
ƒ Pour que cela fonctionne :
ƒ le temps de réaffectation doit être très bref
ƒ il y a présence simultanée en mémoire de
plusieurs programmes ou morceaux de
programme.
ƒ Rôle central de la mémoire
ƒ Importance des flux entre mémoire centrale et
mémoire secondaire
44
La multiprogrammation
p g
ƒ Des dispositifs spéciaux de réimplantation des
programmes et de protection de la mémoire
sont nécessaires.
ƒ Apports :
ƒ meilleure
ill
utilisation
tili ti d
des ressources : meilleur
ill
équilibre de charge
ƒ réduction du temps de réponse pour les travaux
courts
45
Temps
p p
partagé
g
ƒ
ƒ
ƒ
Fonction : Partager
g le temps
p de calcul du
processeur et les autres services ou
( ) , afin d’offrir à
ressources commun(e)s,
chaque usager l’équivalent d’une
ac e individuelle.
d due e
machine
Accès au système par des terminaux,
Utilisation interactive
interacti e du
d ssystème.
stème
46
Temps
p p
partagé
g
Nécessité de garantir un temps de réponse
acceptable pour l’exécution de tâches
élémentaires.
élémentaires
Principe : allocation du processeur aux
programmes des usagers par tranches de
p très brèves ou q
quanta.
temps
47
Temps
p p
partagé
g
ƒ
ƒ
Problème de la taille de la mémoire centrale :
celle-ci ne peut héberger tous les programmes
en cours de tous les usagers : utilisation de
mémoire virtuelle.
L machines
Les
hi
sontt é
équipées
i é d
de tterminaux
i
graphiques sur lesquels on peut suivre
l’évolution de plusieurs activités dans des
fenêtres distinctes.
48
Historique
49
Historique
50
Situation actuelle
Le Client-Serveur généralisé et mondialisé
ƒ Services Web
ƒ Accès à des bases de
données
ƒ Accès à des plateformes
f
fournissant
i
t des
d ressources
et des services (bureau
virtuel)
ƒ Ressources disponibles de
n’importe où sur Internet
= cloud computing
51
Cloud Computing :
l’informatique
q dans les nuages
g
„
„
„
Le "cloud computing" consiste pour les entreprises à
externaliser leurs ressources numériques.
q
Ces ressources –
serveurs offrant des capacités de calcul, du stockage, logiciels
de messagerie électronique, de paie – sont mises à disposition
par des sociétés tierces et accessibles,, grâce
p
g
à un système
y
d'identification, via un PC et une connexion à Internet.
Pour beaucoup d'acteurs, il implique un changement complet de
modèle économique
économique. Jusqu'à
Jusqu à présent
présent, c'est
c est la vente de logiciels
et de matériel qui prévalait. Là, c'est la location qui s'impose.
Cloud computing à l’usage des particuliers:
…
…
…
…
GoogleDrive, Google docts, DropBox, SkyDrive (Microsoft)
Amazon Web Services (AWS)
Partages
g de p
photos en ligne
g
Etc.
52
Organisation d’un
d un système
d’exploitation
p
mono-usager
g simple
p
I.L.C.
C
ƒ
SGF
S.G.F
ƒ
E.S.P
ƒ
Machine ƒ
Interprète
p
du langage
g g de
commande
système de gestion des
fichiers
Entrées-sorties primitives
(physiques)
(p
y q
)
Machine physique
53
Exemple :
Organisation
g
du système
y
MS-DOS
I.L.C.
C
SGF
S.G.F
E.S.P
Machine
ƒ
l’interprète est le fichier
COMMAND COM
COMMAND.COM
ƒ
ƒ
ƒ
Disk Operating
p
g System
y
((MSDOS)
Basic Input Output System
(BIOS)
Machine physique
54
Organisation d’un
d un système
d’exploitation
p
multi-usagers
g
ƒ
ƒ
Machine virtuelle dont le comportement est
simulé
i lé pour l’usager.
l’
La machine simulée est un sous-ensemble de
la machine physique, excluant les instructions
privilégiées
p
g
et les accès directs aux
périphériques et à certaines zones de la
mémoire réservées au système.
y
Exemple actuel: les serveurs de terminaux
55
Organisation d’un
d un système
d’exploitation
p
multi-usagers
g
ƒ
ƒ
Certains systèmes réalisent des machines
virtuelles complètes, ce qui permet de
pp des systèmes
y
d’exploitation
p
développer
destinés à cette machine.
Soit « USR » la machine virtuelle simulée
simulée.
56
Organisation d’un
d un système
d’exploitation
p
multi-usagers
g
I.L.C.
I.L.C.
I.L.C.
USR
USR
USR
Gestionnaire de
mémoire virtuelle
S.G.F
MEM
G.M.S.
E.S.P
Allocation des
ressources p
physiques
y q
Gestion de la
mémoire secondaire
Noyau
Machine
57
58