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PRINCIPES DE CONCEPTION DES SYST¨MES D’EXPLOITATION 1 Chapitre 1 Structure d’un systŁme d’exploitation 3 1 Les trois grandes fonctions 3 1 1 Chargement des programmes 3 1 2 Le systŁme d’exploitation en tant que machine virtuelle 4 1 3 Le systŁme d’exploitation en tant que



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Table des matières

PREMIÈRE PARTIE :

PRINCIPES DE CONCEPTION DES SYSTÈMES

D'EXPLOITATION1

Chapitre 1 Structure d'un système d'exploitation..3

1 Les trois grandes fonctions.......................3

1.1 Chargement des programmes...............3

1.2 Le système d'exploitation en tant que

machine virtuelle..........................4

1.3 Le système d'exploitation en tant que

gestionnaire de ressources..................4

2 Caractéristiques d'un système d'exploitation.......5

2.1 Systèmes multi-tâches.....................5

2.2 Systèmes multi-utilisateurs.................7

3 Structure externe d'un système d'exploitation......9

3.1 Noyau et utilitaires........................9

3.2 Le gestionnaire de tâches..................9

3.3 Le gestionnaire de mémoire................9

3.4 Le gestionnaire de chiers..................9

3.5 Le gestionnaire de périphériques............10

3.6 Le chargeur du système d'exploitation.......10

3.7 L'interpréteur de commandes...............10

4 Structure interne d'un système d'exploitation......10

4.1 Les systèmes monolithiques................11

4.2 Systèmes à modes noyau et utilisateur......11

4.3 Systèmes à couches.......................11

4.4 Systèmes à micro-noyau...................12

4.5 Systèmes à modules.......................13

5 Mise en ÷uvre..................................14

5.1 Les appels système........................14

5.2 Les signaux...............................14

Chapitre 2 Principe de traitement des entrées-

1 Principe du matériel d'entrée-sortie...............15

1.1 Les périphériques d'entrée-sortie............15

1.2 Les contrôleurs de périphériques............16

1.3 Transferts synchrones et asynchrones.......17

1.4 Périphériques partagés et dédiés............18

2 Principe des logiciels d'entrée-sortie..............18

2.1 Objectifs des logiciels des entrées-sorties....182.2 Les pilotes de périphériques................19

2.3 Logiciel d'entrée-sortie indépendant du

2.4 Logiciels d'entrée-sortie faisant partie de

l'espace de l'utilisateur....................21 Chapitre 3 Le système Linux étudié...............23

1 Le système Linux à étudier.......................23

1.1 Noyau et distribution......................23

1.2 Noyau minimal............................23

1.3 Obtention des sources.....................24

1.4 Programmation Linux.....................24

1.5 Versions du noyau Linux...................24

2 Les sources du noyau 0.01.......................25

2.1 Vue d'ensemble sur l'arborescence..........25

2.2 L'arborescence détaillée....................25

3 Vue d'ensemble sur l'implémentation.............32

3.1 Caractéristiques...........................32

3.2 Étapes de l'implémentation................32

4 Évolution du noyau.............................34

4.1 Cas du noyau 2.4.18.......................34

4.2 Aide au parcours du code source...........35

4.3 Cas du noyau 2.6.0........................35

DEUXIÈME PARTIE :

UTILISATION DU MICRO-PROCESSEUR

INTEL37

Chapitre 4 Prise en compte de la mémoire Intel...39

1 La segmentation sous Intel.......................39

1.1 Notion...................................39

1.2 La segmentation en mode protégé sur Intel..39

2 La segmentation sous Linux......................45

2.1 Mode noyau et mode utilisateur............45

2.2 Segmentation en mode noyau..............46

2.3 Accès à la mémoire vive...................50

3 Évolution du noyau.............................51

3.1 Prise en compte d'autres micro-processeurs..51

3.2 Accès à la mémoire vive...................52

3.3 Utilisation de la segmentation..............52

Chapitre 5 Adaptation des entrées-sorties et des interruptions Intel.....................55

1 Accès aux ports d'entrée-sortie...................55

vi Table des matières

1.1 Accès aux ports d'entrée-sortie sous 80x86..55

1.2 Encapsulation des accès aux ports d'entrée-

sortie sous Linux..........................55

2 Les interruptions sous Linux.....................56

2.1 Rappels sur les vecteurs d'interruption d'Intel 56

2.2 Adaptations sous Linux....................60

3 Initialisation des exceptions......................61

3.1 Initialisation provisoire.....................61

3.2 Initialisation dénitive.....................62

4 Initialisation des interruptions matérielles..........64

4.1 Un problème de conception................64

4.2 Contrôleur d'interruptions programmable....65

4.3 Programmation des registres de contrôle

d'initialisation du PIC.....................66

4.4 Programmation des registres de contrôle

des opérations du PIC.....................68

4.5 Reprogrammation du PIC dans le cas de

4.6 Gestionnaires des interruptions matérielles...71

4.7 Manipulation des interruptions matérielles...72

5 Initialisation de l'interruption logicielle............72

6 Évolution du noyau.............................73

6.1 Accès aux ports d'entrée-sortie.............73

6.2 Insertion des portes d'interruption..........73

6.3 Initialisation des exceptions................74

6.4 Initialisation des interruptions matérielles....76

6.5 Manipulation des interruptions matérielles...76

TROISIÈME PARTIE :

LES GRANDES STRUCTURES

DE DONNÉES79

Chapitre 6 Les structures de données concernant les processus..........................81

1 Descripteur de processus.........................81

1.1 Structure du descripteur de processus.......81

1.2 Aspects structurels........................82

1.3 État d'un processus.......................82

1.4 Priorité d'un processus....................83

1.5 Signaux..................................84

1.6 Code de statut............................85

1.7 Espace d'adressage........................85

1.8 Identicateurs du processus................85

1.9 Hiérarchie des processus...................86

1.10 Propriétaire d'un processus.................87

1.11 Informations temporelles...................88

1.12 Utilisation du coprocesseur mathématique...891.13 Informations sur les chiers utilisés.........89

1.14 Table locale de descripteurs................90

1.15 Segment d'état de tâche...................90

2 Tâche initiale...................................94

3 Table des processus.............................97

3.1 Stockage des descripteurs de processus......98

3.2 Implémentation de la table des processus....99

3.3 Repérage d'un descripteur de processus.....99

3.4 La tâche en cours.........................99

4 Évolution du noyau.............................100

4.1 Structure du descripteur de processus.......100

4.2 Table des processus.......................102

Chapitre 7 Description du système de chiers.....103

1 Étude générale.................................103

1.1 Notion de chiers.........................103

1.2 Gestion des chiers........................104

1.3 Les chiers du point de vue utilisateur......104

1.4 La conception des systèmes de chiers......106

2 Caractéristiques d'un chier......................109

2.1 Types de chiers..........................109

2.2 Droits d'accès d'un chier sousUnix.......110

2.3 Mode d'un chier sousUnix...............111

3 Notion de tampon de disque dur.................111

4 Structure d'un disqueMinix.....................112

4.1 Bloc sousMinixet Linux.................112

4.2 Structure générale d'un disqueMinix.......112

4.3 Les n÷uds d'information sur disque.........113

4.4 Le super bloc.............................115

5 Système de chiersMinixchargé en mémoire.....116

5.1 Antémémoire.............................116

5.2 Les descripteurs de n÷ud d'information.....119

5.3 Table des super-blocs......................121

5.4 Les descripteurs de chiers.................122

6 Fichiers de périphériques.........................123

6.1 Caractéristiques...........................123

6.2 Repérage des chiers de périphériques......124

7 Évolution du noyau.............................124

7.1 Prise en charge de plusieurs systèmes de

7.2 Cas dePosix............................125

7.3 Système de chiers virtuel.................125

7.4 Super-bloc...............................126

7.5 N÷ud d'information.......................128

7.6 Descripteur de chier......................129

7.7 Répertoire................................130

7.8 Types de chiers..........................131

Table des matières vii

7.9 Déclaration d'un système de chiers........131

7.10 Descripteur de tampon....................131

Chapitre 8 Les terminaux sous Linux..............133

1 Les terminaux..................................133

1.1 Notion de terminal........................133

1.2 Les terminaux du point de vue matériel.....133

1.3 Le pilote de terminal......................139

1.4 Les diérents terminaux et les normes.......139

1.5 Modélisation en voies de communication....140

2 Paramétrage des voies de communication.........140

2.1 Principe..................................140

2.2 La structure de paramétrisation............141

2.3 Paramétrage des modes d'entrée...........141

2.4 Paramétrage des modes de sortie...........143

2.5 Le tableau des caractères de contrôle.......145

2.6 Paramétrage des modes locaux.............148

2.7 Paramétrages des modes de contrôle........150

3 Implémentation des voies de communication.......151

3.1 Implémentation d'un tampon d'entrée ou

de sortie.................................151

3.2 Implémentation des voies de communication.153

4 Implémentation du terminal......................154

4.1 Dénition du terminal.....................154

4.2 Les caractères de contrôle..................155

4.3 Caractéristiques de la console..............155

4.4 Caractéristiques des liaisons série...........156

4.5 Les tampons du terminal..................156

5 Évolution du noyau.............................156

QUATRIÈME PARTIE :

ASPECT DYNAMIQUE SANS AFFICHAGE 163

Chapitre 9 Implémentation des appels système sous Linux.............................165

1 Principe........................................165

1.1 Dénition des appels système..............165

1.2 Notion de code d'erreur...................168

1.3 Insertion et exécution des appels système....169

1.4 Fonction d'appel..........................171

2 Liste des codes d'erreur.........................172

3 Liste des appels système.........................174

4 Évolution du noyau.............................178

Chapitre 10 Mesure du temps sous Linux...........189

1 Les horloges....................................189

1.1 Le matériel de l'horloge....................190

1.2 Le logiciel des horloges....................191

2 Horloges matérielles des PC......................1942.1 L'horloge temps réel des PC...............194

2.2 Minuteur périodique programmable.........196

3 Programmation du minuteur sous Linux...........198

3.1 Initialisation du minuteur..................199

3.2 Variable de sauvegarde du temps...........199

3.3 Gestionnaire de l'interruption d'horloge......199

3.4 La comptabilisation du processus en cours...200

4 Maintien de la date et de l'heure sous Linux.......201

4.1 Variable structurée de conservation du temps 201

4.2 Initialisation de la variable structurée.......202

5 Évolution du noyau.............................204

Chapitre 11 Le gestionnaire des tâches.............209

1 Commutation de processus......................209

1.1 Notion générale...........................209

1.2 Gestion du coprocesseur arithmétique.......209

1.3 Cas de Linux.............................209

2 Ordonnancement des processus..................210

2.1 Politique d'ordonnancement................211

2.2 Algorithme d'ordonnancement..............212

3 Initialisation du gestionnaire des tâches...........215

4 Évolution du noyau.............................215

Chapitre 12 Les signaux sous Linux.................221

1 Notion générale de signal........................221

2 Liste et signication des signaux.................221

3 Vue d'ensemble de manipulation des signaux......223

4 Implémentation des deux appels système..........224

4.1 Implémentation de l'appel système d'envoi

d'un signal...............................224

4.2 Implémentation de l'appel système de

5 Implémentation du traitement des signaux........225

6 Fonction de gestion de signal par défaut..........227

7 Évolution du noyau.............................227

CINQUIÈME PARTIE :

AFFICHAGE231

Chapitre 13 Le pilote d'écran sous Linux............233

1 Achage brut..................................233

1.1 Rappels sur l'achage texte sur l'IBM-PC...233

1.2 Implémentation sous Linux.................234

2 Notion d'achage structuré.....................237

2.1 Principe du logiciel d'achage structuré....237

2.2 Cas de Linux.............................238

3 Les suites d'échappement ECMA-48..............238

3.1 Syntaxe..................................238

3.2 Sémantique...............................239

viii Table des matières

4 Le pilote d'écran sous Linux.....................240

4.1 Prise en compte des caractéristiques

4.2 Fonction d'écriture sur la console...........241

4.3 Traitement des cas spéciaux...............245

5 Évolution du noyau.............................254

5.1 Achage graphique et achage console....254

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