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Système d’Exploitation et Outils de programmation

syst me d ExploitationetOutils de programmation2 Introduction Le syst me d exploitation (SE) est unensemble de programmes qui R alise l interface entre le mat riel del ordinateur et les utilisateurs Prend en charge la gestion desressources de la machine et le partage decelles-ci physiques: m moire, unit s E/S, Logiques = virtuelles: fichiers et bases dedonn es partag s, canaux de communicationlogiques, les ressources logiques sont b ties par lelogiciel sur les ressources physiques23 Pourquoi tudier les SE? Logiciel tr s tout programme roule sur un SE interface usager-ordinateur Les SE utilisent beaucoupd algorithmes et structures de donn esint ressants Les techniques utilis es dans les SE sontaussi utilis es dans nombreuses autresapplications informatiques il faut les conna tre4D veloppement de la th orie des SE La th orie des SE a t d velopp e surtoutdans les ann es 1960 (!)

Outils de programmation. 2 Introduction Le système d’exploitation (SE) est un ensemble de programmes qui Réalise l’interface entre le matériel de l’ordinateur et les utilisateurs Prend en charge la gestion des ... Dépend de la méthode d’allocation mise en œuvre sur le

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1 syst me d ExploitationetOutils de programmation2 Introduction Le syst me d exploitation (SE) est unensemble de programmes qui R alise l interface entre le mat riel del ordinateur et les utilisateurs Prend en charge la gestion desressources de la machine et le partage decelles-ci physiques: m moire, unit s E/S, Logiques = virtuelles: fichiers et bases dedonn es partag s, canaux de communicationlogiques, les ressources logiques sont b ties par lelogiciel sur les ressources physiques23 Pourquoi tudier les SE? Logiciel tr s tout programme roule sur un SE interface usager-ordinateur Les SE utilisent beaucoupd algorithmes et structures de donn esint ressants Les techniques utilis es dans les SE sontaussi utilis es dans nombreuses autresapplications informatiques il faut les conna tre4D veloppement de la th orie des SE La th orie des SE a t d velopp e surtoutdans les ann es 1960 (!)

2 !) A cette poque, il y avait des machines tr speu puissantes avec lesquelles on cherchait faire des applications comparables cellesd aujourd hui (m moire typique: 100-500K!) Ces machines devaient parfois desservir desdizaines d usagers! Dont le besoin de d velopper des principespour optimiser l utilisation d un ordinateur. Principes qui sont encore utilis s5 volution historique des SE Le d but: routines d`E/S, amor age syst me syst mes par lots simples syst mes par lots multiprogramm s syst mes partage de temps Ordinateurs personnels SE en r seau SE r partis Les fonctionnalit s des syst mes simples seretrouvent dans les syst mes complexes. Les probl mes et solutions qui sont utilis s dans lessyst mes simples se retrouvent souvent dans lessyst mes volution des SE7 Une synth se historiqueOrdinateurs PersonnelsMainframes et grands serveursMultics et beaucoup d autres(1960s)Unix(1970)MS-DOS(1981)Windo ws(1990)Linux(1991)Windows NT(1988)Windows 2000 Windows XPSolaris (1995)Mac/OS(1984)8 Types de syst mes Mono utilisateur, monot che (single user, single tasking) Mono utilisateur, multit ches (single user, multitasking) Multi utilisateurs, multit ches9 Multi utilisateurs, multit ches L utilisateur de la machine peutinteragir avec l ex cution de sonprogramme => Le but principal poursuivi par lessyst mes interactifs Offrir pour chaque ex cution le plus petittemps de r ponse possible Travail en temps partag Exemple.

3 syst me Unix ou Linux10 Network operating systems SEs en r seau fournissent: Partage de fichiers ( syst mes client-serveur) Patrons de communication (protocoles) Autonomie des ordinateurs11 syst mes temps r el Li s au contr le de proc d Les ex cutions de programmes sontsoumises des contraintes temporelles Exemple: LynxOS, VxWORKS12 Types de syst mes syst mes embarqu s syst me temps r el d di pour uneapplication particuli re Injection automatique pour une auto programmation micro-onde syst mes distribu s - r partis il y a un SE qui fonctionne entreordinateurs l usager voit les ressources loign escomme si elles taient locales13 Services et facilit s Le SE r alise une couche logicielleplac e entre la machine mat rielle et lesapplications Le SE typique fournis (+ ou -) Interface usager-ordinateur Gestion des fichiers Support des entr es-sorties Ex cution de programmes.

4 Chargement,ex cution (load, run), gestion de laconcurrence14 Services et facilit s D tection et traitement d erreurs Services R seau et communication Gestion de la m moire Gestion de la protection Support pour l administration du syst me15 Services et facilit s Support des entr es-sorties Acc s aux p riph riques, la liaison entre lesappels de haut niveau des programmesutilisateurs et les op rations de bas niveaude l unit d change responsable dup riph rique (pilote d entr es-sorties) Logiciels de contr leur de p riph rique ( I/Odevice driver), certains sont en ROM16 Services et facilit s Services R seau et communication(Network and Communications SupportServices) Fonctions n cessaire l interconnexion del ordinateur dans un r seau (protocoleTCP-IP) Programmes d applications et extension(ex. E-mail, login, etc.) Pilotes pour modems, communicationsans fils, et facilit s Gestion de la protection M canismes garantissant que les ressourcesde syst me ne peuvent tre utilis es que parles programmes auxquels les droitsn cessaires ont t accord s (protection desyst me et la machine des programmesutilisateurs) Prot ge SE des programmes d autres utilisateurs Prot ge un utilisateur d un autre utilisateur Emp che les entr es non-autoris es dans lesyst me (service de login)18 Services et facilit s Support pour l administration du syst me L administrateur du syst me.

5 Configuration du syst me Ajout ou enl vement des utilisateurs/privil ges S occupe de la s curit du syst me G re le syst me de fichier S occupe des sauvegardes, installation, mise jour des logiciels et de SE Optimise le syst me19SE SE s interface avec les applications duniveau utilisateur par le biais de fonctionspr d finies routines syst mes Les appels des routines syst mes peuventse faire par biais D un appel syst me (API) D une commande du langage de commandes L ex cution des routines syst mes s effectuesous un mode privil gi mode superviseur Un programme utilisateur s ex cute pard faut selon un mode utilisateur20SE Mode utilisateur : le jeu d instructions utilisables parle programme est r duit Mode superviseur: aucune restriction Passage du mode utilisateur au mode superviseurconstitue une commutation de contexte Trois causes majeures provoquent le passage dumode utilisateur au mode superviseur Utilisateur appelle une fonction syst me L ex cution d une op ration illicite (trappe ou l exception) La prise en compte d une interruption par le mat riel etSE21 Chargement d un SE Les programmes composant le SE sontconserv s sur un support de masse Au d marrage l ordinateur ex cute un codeplac dans une zone de m moire morte(ROM), programme d amor age ou boot-strap (test du mat riel de la machine,chargement d un programme d amorce plussophistiqu ) Une fois cette amorce plac e en m moirecentrale, elle s ex cute et charge lesprogrammes du 2010 John Wiley & Sons, noyau (kernel) du SE La partie r sidente (toujours en RAM)

6 Du SE est appel eKernel = noyau Les autres parties sont amen es en RAM au besoin Contient les fonctionnalit s critiques du SE: elles doiventtoujours tre pr tes l utilisation traitement d interruptions gestion de UCT gestion m moire communication entre processus etc. part a, quoi exactement mettre dans le kernel est unequestion pour les concepteurs des SE La plupart des fonctionnalit s discut es dans ce courssont normalement dans le kernel24 Interface usager-ordinateur Types d interfaces utilisateur Interface de ligne de commande CLI Command Line Interface Windows command prompt UNIX/Linux command prompt Interface graphique GUI Graphical User Interface Apple Macintosh, Windows, stations de travail Sun, lesdiff rentes versions de Linux25 Langage de commandes Les ordinateurs modernes ont la possibilit de regrouper les commandes CLI enminiprogrammes Langage de commandes (scripts) Les commandes sont analys es par l outilinterpr teur de commande qui appelle la routinesyst me appropri e en assurant le passage desparam tres Chaque SE a son langage de commandespropre JCL (Job Control Language)

7 De SE MVS Langage Shell de SE Unix26 GUI Interface Windows Vista26 Copyright 2010 John Wiley & Sons, Interface Linux KDE16-27 Copyright 2010 John Wiley & Sons, Interface MacIntosh OSX16-28 Copyright 2010 John Wiley & Sons, vs. CLIGUI Avantages Facile apprendre etutiliser D savantages Plus difficile impl menter Plus exigeant en terme deHW/SW Requiert beaucoup dem moire SW est complexe et difficile crireCLI Avantages Plus flexible et puissant Plus performant pourutilisateurs exp riment s Peut combiner descommandes D savantages Plus difficile apprendre etutiliser29 Copyright 2010 John Wiley & Sons, des fichiers Allocation des m moires de masse ainsique l acc s aux donn es stock es( syst me de gestion de fichiers et notionde fichier) Assure la conservation des donn es surun support de masse non volatile31 syst me de gestion de fichiers Offre l utilisateur une unit de stockageind pendante des propri t s physiques dessupports de conservation.

8 Le fichier Fichier logique (vue de l utilisateur) Fichier physique Assure la correspondance entre le fichierlogique et le fichier physique Structure de r pertoire32 syst me de gestion de fichiers Le fichier logique Un type de donn es standard d fini dans les langagesde programmation sur lequel un certain nombred op rations peuvent tre r alis es Cr ation, ouverture, fermeture, destruction Les op rations de cr ation ou d ouverture effectuent la liaisondu fichier logique avec le fichier physique Un ensemble d enregistrements, un type de donn esregroupant des donn es de type divers li es entreelles par une certaine s mantique inh rente auprogramme qui les manipule33 syst me de gestion de fichiers Fichier physique Correspond l entit allou e sur lesupport permanent et contientphysiquement les enregistrementsd finis dans le fichier logique Le fichier physique est constitu d unensemble de blocs physiques quidoivent tre allou s au fichier logiques34 Fichier physique Diff rentes m thodes d allocation de lam moire secondaire Allocation contigu Allocation par zones Allocation par blocs cha n s Pour pouvoir allouer des blocs auxfichiers il faut conna tre tout momentl ensemble des blocs libres et donc g rerl espace libre sur le disque Liste d espace libre35 Exemple Allocation par blocs cha nes (DOS/Windows)

9 L ensemble des cha nages des blocs de fichiers estregroup dans une table FAT(File Allocation Table) Nombre d entr es = Nombre de blocs de donn es surle disque Chaque entr e de la table correspond un bloc dudisque et contient: Si le bloc appartient un fichier et n est pas le dernier blocde ce fichier => le num ro du bloc suivant Si le bloc appartient un fichier et est le dernier bloc de cefichier => une valeur de fin de fichier Si le bloc n appartient pas un fichier => une valeur de bloclibre36R pertoire Correspondance fichier logique fichier physique Effectue par le biais d une table appel er pertoire qui contient des informations degestion des fichiers Le nom logique du fichier Le type du fichier Cod dans son nom logique l aide d une extension L adresse physique du fichier D pend de la m thode d allocation mise en uvre sur ledisque La taille en octets ou en blocs du fichier Le nom du propri taire Les protections appliqu es au fichier37R pertoire Le syst me de gestion de fichiers offre desprimitives permettant de manipuler les r pertoires Les diff

10 Rentes structures de r pertoiresexistantes se distinguent par le nombre deniveaux Structure en arbre est compos e d un r pertoire initial (laracine) et d un ensemble de n uds constitu s par l ensemblede sous-r pertoires et d un ensemble de feuilles qui sont lesfichiers eux-m mes Le nom complet d un fichier (path name) estconstitu de son nom pr c d du chemin dansla structure de r pertoires depuis la racine38 Partitions G rer des milliers de fichiers dans un seulensemble difficile Solution diviser l ensemble du syst me degestion de fichiers en morceaux ind pendants partitions Partition constitue un disque virtuel auquel est associ un r pertoire qui r f rence l ensemble des fichierspr sents sur la partition Chaque partition est rep r e par un nom label La partition doit tre connect e l arborescence defichiers de la machine39 Services et facilit s Gestion du processeur Allocation du processeur aux diff rentsprogrammes.


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