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Cours de

" systéme d'exploitation »

1ére annçe

IUT de Caen

Dèpartement d'Informatique

(Franéois Bourdon) Cours Systàmes d'exploitation, Franéois Bourdon, IUT de Caen, dèpartement informatique.1

Plan du cours

1 re ANNEE

I - Pr

sentation gnrale des systmes d©exploitationII - G nralits sur UNIX / historiqueIII - Les bases du syst me1. Syst me de fichiers (SGF) et commandes associes2. Processus et commandes associ es3. Redirections d©entr es/sorties4. Premier niveau de communication entre processus

IV - Les langages de commande (Shell)

V - Le langage " C » (avanc

) et UNIXVI ± Le syst me de fichiers, reprsentation interneVII ± Les processus : concepts avanc sCours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.2

2 me ANNEE

I - Synchronisation de processus

II - La communication par signaux entre processus

III - La communication avanc

e entre processus : IPCIV - La communication sur le r seau entre processusV - La gestion de la m moireCours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.3

I.Présentation générale des systèmes

d©exploitation Plan

A - Introduction

B - Deux fonctions

machine tendue/virtuellegestionnaire de ressources

C - Historique des Syst

mes d©Exploitation1 re gnration (1945 - 1955)2 me gnration (1955 - 1965)3 me gnration (1965 - 1980)4 me gnration (1980 - 1990)5 me gnration (1990 - ????)D - Les diff rentes classes de Systmes d©Exploitationselon les services rendus selon leur architecture selon leur capacit voluerselon l©architecture mat rielle qui les supporteCours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.4

A.Introduction

Deux catgories de logiciels :Les programmes syst

mes pour le fonctionnement des ordinateurs,les programmes d©application qui r solvent les problmes des utilisateurs.Le programme " syst me d©exploitation » est le programme fondamental des programmes syst mes. Il contrle les ressources de l©ordinateur et fournit la base sur laquelle seront construits les programmes d©application.

Deux modes de fonctionnement :

Le mode noyau ou superviseur et

le mode utilisateur (compilateur, diteur, programmes utilisateurs ...).

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.5

Un ordinateur contient :

Un ou plusieurs processeurs,

une mmoire principale,des horloges, des terminaux, des disques, des interfaces de connexion des rseaux etdes p riphriques d©entres/sorties.La complexit vidente du matriel implique la ralisation d©une machine virtuelle qui g re le matriel : c©est le systme d©exploitation.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.6

Systme

bancaireRservation d©avionJeu d©aventure

CompilateursEditeursInterpr

teurs de commandes (shell) Syst me d©exploitationlangage machine

Microprogramme

Dispositifs physiques

Dispositifs physique = Ils se composent de circuits int grs, de fils lectriques, de priphriques physiques ...Microprogramme = C©est un logiciel de contr le des priphriques (interpr te).Langage machine = C©est un ensemble (entre 50 et 300) d©instructions lmentaires (ADD, MOVE, JUMP) pour effectuer le dplacement des donn es, des calculs, ou la comparaison de valeurs.Syst me d©exploitation = C©est un ensemble d©instructions plus simples, comme LIRE UN BLOC DU FICHIER.

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.Programmes d'applications

Programmes syst

mesMat riel7

B.DEUX FONCTIONS

Machine tendue ou encore machine virtuelle.

Son r le est de masquer des lments fastidieux lis au mat riel, comme les interruptions, les horloges, la gestion de la m moire, la gestion des priphriques (dplacement du bras du lecteur de disquette) ...

Ex. READ et WRITE = 13 param

tres sur 9 octets ; en retour le contr leur renvoie 23 champs d©tat et d©erreur regroup s sur 7 octets.Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.MACHINE ETENDUE ou VIRTUELLE

GESTIONNAIRE de RESSOURCES

8

Gestionnaire de ressources.

Un ordinateur se compose de ressources (priphriques, mmoires, terminaux, disques ...).

Le syst

me d©exploitation permet l©ordonnancement et le contrle de l©allocation des processeurs, des m moires et des priphriques d©E/S entre les diff rents programmes qui y font appel.Par exemple 3 programmes essaient d©imprimer simultan ment leurs r sultats sur une mme imprimante :=> recours un fichier tampon sur disque.Autre exemple, l©acc s concurrent une donne ; lecture et criture concurrentes (par deux processus) sur un m me compteur.Ce r ôle de gestionnaire de ressources est crucial pour les systèmes d'exploitation manipulant plusieurs t âches en même temps (multitâches).Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.9

Plusieurs fonctionalitçs de gestion

du processeur : allocation du processeur aux diffèrents programmes. des objets externes : principalement les fichiers. des entrçessorties : accàs aux pèriphèriques, via les pilotes. de la mçmoire : segmentation et pagination. de la concurrence : synchronisation pour l'accàs

â des ressources partagèes.

de la protection : respect des droits d'accàs aux ressources. des accés au rçseau : èchange de donnèes entre des machines distantes. Cours Systàmes d'exploitation, Franéois Bourdon, IUT de Caen, dèpartement informatique.10

C.Historique des SYSTEMES d'EXPLOITATION

Tout systme d©exploitation dpend troitement de l©architecture de l©ordinateur sur lequel il fonctionne. La 1 re gnration (1945 - 1955) :les tubes vide et les cartes enfichables. La 2 me gnration (1955 - 1965) :les transistors et le traitement par lots. La 3 me gnration (1965 - 1980) :les circuits int grs et la multi-programmation. La 4 me gnration (1980 - 1990) :les ordinateurs personnels. La 5 me gnration (1990 - ????) :les ordinateurs personnels portables et de poche.

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.11 La 1ère génération (1945 1955) : les tubes à vide et les cartes enfichables.

Il n©existait pas de syst

me d©exploitation.Les utilisateurs travaillaient chacun leur tour sur l©ordinateur qui remplissait une salle enti re.Ils taient d©une trs grande lenteur.Ils taient d©une trs grande fragilit.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.12 La 2ème génération (1955 1965) : les transistors et le traitement par lots. Le passage aux transistors rendait les ordinateurs plus fiables.

Ils pouvaient

tre vendus des utilisateurs (grandes compagnies, universit ou administrations.Mais devant les co ts d©quipement levs on rduisit les temps gr ce au traitement par lots.

Les utilisations principales

taient le calcul scientifique et l©ing nierie (quations diffrentielles).Apparition des langages FORTRAN et assembleur.

Apparition des syst

mes d©exploitation (SE) : FMS (Fortran

Monitor System) et IBSYS (IBM 7094).

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.13 La 3ème génération (1965 1980) : les circuits intégrés et la multiprogrammation. Am

lioration des cots et des performances (circuits intgrs).Une famille d©ordinateurs compatibles entre eux.

Une seule architecture et un m

me jeu d©instructions.Des ordinateurs uniques pour les calculs scientifiques et commerciaux. Apparition du spoule (spool, Simultaneous Peripheral Operation On Line) pour le transfert des travaux des cartes vers le disque. Apparition de la multiprogrammation (partitionnement de la m moire pour des t ches diffrentes).Mais, un syst me d©exploitation norme et trs complexe pour satisfaire tous les besoins (plusieurs millions de lignes d©assembleur). Apparition du partage de temps, une variante de la multiprogrammation (chaque utilisateur poss de un terminal en ligne) ; naissance du systme MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service) pour ordinateur central. Apparition des mini-ordinateurs (DEC PDP-1 en 1961, 4K mots de 18 bits, pour un prix de 120 000 $).

K. Thompson

crivit une version simplifie (mono-utilisateur) de MULTICS ; B. Kernighan l©appela avec humour UNICS (Uniplexed Information and Computer

Service) ; ce nom allait devenir UNIX1.

D. Ritchie se joignit

K. Thompson pour rcrire UNIX en langage C ; ce systme d©exploitation a t le plus port sur toutes sortes de machine.1UNIX est une marque d pose par les Laboratoires AT&T Bell.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.14 La 4éme gçnçration (1980 1990) : les ordinateurs personnels. Ils sont d au dèveloppement des circuits LSI (Large Scale Integration) contenant des centaines de transistors au cm2. Ils ont la même architecture que les miniordinateurs mais leur prix est beaucoup moins èlevè. Il existe deux systàmes d'exploitation principaux : MSDOS (Microsoft Inc.) et UNIX. MSDOS intàgre petit â petit des concepts riches d'UNIX et de

MULTICS.

Dans le milieu des annèes 80, on voit l'apparition de réseaux d'ordinateurs individuels qui fonctionnent sous des systàmes d'exploitation en rèseau ou des s yst àmes d'exp loitation distribuès. Cours Systàmes d'exploitation, Franéois Bourdon, IUT de Caen, dèpartement informatique.15 La 5ème génération (1990 ????) : les ordinateurs personnels portables et de poche. Apparition des PIC (Personal Intelligent Communicator de chez Sony) et des PDA (Personal Digital Assistant, comme le

Newton de chez Apple), gr

ce l©intgration des composants et l©arriv e des systmes d©exploitation de type " micro-noyau ». Ils sont utiles pour les " nomades » et les syst mes de gestion des informations (recherche, navigation, communication).

Ils utilisent la reconnaissance de caract

re (OCR) et les modes de communication synchrone et asynchrone (mode messagerie). Tr s bon march, ils sont capables de se connecter des ordinateurs distants et performants.

Les syst

mes d©exploitation de type " micro-noyau » sont modulaires (un module par fonction) ; ils peuvent tre raliss avec plus ou moins de modules et donc adaptables des trs petites machines (PDA et PIC).

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.16

D.Les différentes classes de systèmes

d'exploitation

Selon les services rendus

mono/multi t

âches :

Multi-t

ches : capacit du systme pouvoir excuter plusieurs processus simultan ment ; par exemple effectuer une compilation et consulter le fichier source du programme correspondant. C©est le cas d©UNIX, d©OS/2 d©IBM et de Windows 95. mono/multiutilisateurs :

Multi-utilisateurs : capacit

pouvoir grer un panel d©utilisateurs utilisant simultan ment les mmes ressources mat rielles.C©est le cas d©UNIX, de MVS, de Gecos ...

Cours Syst

mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.17

Selon leur architecture

Systèmes centralisés :

L©ensemble du syst

me est entirement prsent sur la machine consid re.Les machines ventuellement relies sont vues comme des entit s trangres disposant elles aussi d©un systme centralis.Le syst me ne gre que les ressources de la machine sur laquelle il est pr sent.C©est le cas d©UNIX, m me si les applications rseaux (X11, FTP, Mail ...) se sont d veloppes.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.18

Systèmes répartis (distributed systems) :

Les diff

rentes abstractions du systme sont rparties sur un ensemble (domaine) de machines (site).

Le syst

me d©exploitation rparti apparat aux yeux de ses utilisateurs comme une machine virtuelle monoprocesseur m me lorsque cela n©est pas le cas.

Avec un syst

me rparti, l©utilisateur n©a pas se soucier de la localisation des ressources. Quand il lance un programme, il n©a pas connatre le nom de la machine qui l©excutera.Ils exploitent au mieux les capacit s de paralllisme d©un domaine.

Ils offrent des solutions aux probl

mes de la rsistance aux pannes.

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Selon leur capacité à évoluer

Systèmes fermés (ou propriétaires) :

Extensibilité réduite : Quand on veut rajouter des fonctionnalités à un système fermé, il faut remettre en cause sa conception et refaire une archive (système complet).

C'est le cas d'UNIX, MSDOS ...

Il n'y a aucun ou peu d'échange possible avec d'autres systèmes de type différent, voir même avec des types identiques.

C'est le cas entre UNIX BSD et SV.

Systèmes ouverts :

Extensibilité accrue : Il est poss ible de rajouter des fonctionnalités et des abstractions sans avoir à repenser le système et même sans avoir à l'arrêter sur une machine. Cela implique souvent une conception modulaire basée sur le modèle " clientserveur ». Cela implique aussi une communication entre systèmes, nécessitant des modules spécialisés. Cours Systèmes d'exploitation, François Bourdon, IUT de Caen, département informatique.20 Selon l©architecture matrielle qui les supporteArchitecture monoprocesseur (temps partag

é ou multiprogrammation) :

Ressource processeur unique : Il a fallu d velopper un m canisme de gestion des processus pour offrir un (pseudo) parall lisme l©utilisateur : c©est la multi-programmation ; il s©agit en fait d©une commutation rapide entre les diff rents processus pour donner l©illusion d©un parall lisme.Architectures multiprocesseurs (parall

élisme) :

On trouve une grande vari

t d©architectures multiprocesseurs : SIMD (Single Instruction Multiple Data) : Tous les processeurs ex cutent les mmes instructions mais sur des donnes diff rentes.MIMD (Multiple Instructions Multiple Data) : Chaque processeur et compl tement indpendant des autres et excute des instructions sur des donn es diffrentes.Pipeline : Les diff rentes units d©excution sont mises en cha ne et font chacune partie du traitement effectuer.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.21 On parle aussi d©architecture faiblement ou fortement couplée.

Architecture fortement coupl

ée : Ce sont principalement des architectures

m moire commune.Architecture faiblement coupl

ée : Ce sont des architectures o chaque

processeur poss de sa propre mmoire locale ; c©est le cas d©un rseau de stations.

Architecture mixte : Ce sont des architectures

diffrents niveaux de mmoire (commune et priv e).Remarque : Il n©y a pas de syst me universel pour cette multitude d©architectures. Les constructeurs de supercalculateurs ont toujours d velopps leurs propres syst mes. Aujourd©hui, compte tenu de la complexit croissante des syst mes d©exploitation et du cot inhrent, la tendance est l©harmonisation notamment via le d veloppement de systmes polyvalents tels que les systmes r partis.Cours Syst mes d©exploitation, Franois Bourdon, IUT de Caen, dpartement informatique.22 Un cas particulier, les systèmes " tempsréel ».

Systèmes tempsréel :

Ce sont des systèmes pour lesquels l'exécution des programmes est soumise à des contraintes temporelles. Les résultats de l'exéution d'un programme n'est plus valide au delà d'un certain temps connu et déterminé à l'avance. Généralement, on trouve des systèmes " temps réel » dans les systèmes emba rqués ( satellites, sondes, avions, t ra ins, téléphones portables, ...). On distingue deux types de contraintes temporelles : les contraintes strictes et les contraintes relatives. Pour gar antir ces contra in te s, le système poss ède des mécanismes spécifiques dont le but est de réduire l'indéterminisme des durées d'exécution des programmes.

C'est le cas de LinuxRT.

Cours Systèmes d'exploitation, François Bourdon, IUT de Caen, département informatique.23quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46

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