Cours Os - Chapitre 1 Introduction - 2009-2010

Généralités sur les Systèmes d'Exploitation Thierry P arquet Thierry.P arquet@ helha.be 1ère année Bachelor Informatique – 2009-2010 HELHa - Haute Ecole Louvain en Hainaut

Ouvrages de référence ●

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Modern Operating Systems, Andrew S. Tanenbaum, Third Edition, Pearson International Edition Support de Cours, F. Pellegrini & D. Sherman, ENSEIRB Principes des Systèmes d'Exploitation, A. Silberschatz & P.B. Galvin, Addison Wesley Conception de Systèmes Informatiques, O. Bonaventure, INGI1113, 2006

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Remarques préliminaires ●

Le cours est composé des différents éléments suivants: – – –

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Ces transparents qui servent à illustrer la partie didactique du cours. Les notes de cours “Systèmes d'exploitation” réalisées par François PELLEGRINI et David SHERMAN La participation active aux exposés et aux séances d'exercices.

L'évaluation sera réalisée sur base du contenu de tous les éléments repris ci-dessus

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Contenu du cours ● ● ● ● ●

Chapitre 1 : Introduction Chapitre 2 : Gestion des Processus Chapitre 3 : Gestion de la Mémoire Chapitre 4 : Gestion des Systèmes de Fichiers Chapitre 5 : Exemples et Travaux Dirigés

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Chapitre 1

INTRODUCTION

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Introduction ●

Système d'Exploitation ? –

Gestion des ressources de la machine... ● ● ● ●

– –

CPU (partage du temps d'exécution) Espace mémoire Disques / Fichiers Unités I/O

Base pour développement et exécution des programmes applicatifs Opérations de contrôle ● ● ●

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Evite utilisation incorecte du hardware Gère la sécurité des accès Gère protection des données

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Introduction ●

Problématique à l'exécution des programmes? – –

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Multiplicité des ressources Complexité des composants

Exemples: – –

Contrôleur Floppy disk NEC PDP765 Partage d'imprimante

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Introduction ●

Contrôleur Floppy disk NEC PDP765 ? Contrôleur simple et désuet... –

Jeu réduit de 16 commandes ● ● ● ●

–

13 paramètres codés dans un registre de 9 octets ● ● ●

–

Nombre de secteurs / piste Mode d'enregistrement Intersector gap spacing

Après exécution commande ●

–

Lecture / Ecriture secteur Déplacement tête de lecture Formatage piste ...

23 Status et code d'erreur sur 7 bytes

Gestion arrêt / démarage du floppy...

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Introduction ●

Contrôleur Floppy disk NEC PDP765 ? Exemple : Floppy.c visualisation du fichier

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Introduction ●

Partage Imprimante –

Multi-utilisateur ● ● ● ●

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Pas de mélange de documents Gestion du spooling (rapidité accès) Gestion des autorisations Rapport d'utilisation ressources

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Introduction ●

Objectifs de l'OS –

Faciliter la vie du programmeur

–

Protéger le système et utilisateurs (fausses manipulations, sécurité d'accès, ...)

–

Abstraction --> Vue simple, uniforme et cohérente de la machine

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Introduction ●

Operating System – Machine Virtuelle –

Abstraction ● ● ● ● ● ●

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Vue uniforme des IO Mémoire virtuelle et partageable Gestion de fichiers et répertoire Gestion droits d'accès, sécurité, traitement erreurs Gestion des processus Gestion communication inter processus

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Introduction ●

Operating System – Gestionnaire de Ressources –

Multiplexing ● ● ● ● ● ●

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Assure fonctionnement des ressources et respect délais Identification de l'usager d'une ressource Contrôle d'accès aux ressources Interruption d'utilisation des ressources Gestion des erreurs Evitement des conflits

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Introduction Place de l'OS dans l'ordinateur

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Organisation d'un ordinateur

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Organisation d'un ordinateur Microprocesseur ● ●

Cerveau de l'ordinateur Registres visibles –

–

–

Program Counter : PC (adresse prochaine instruction) Stack Pointer : SP (adresse du stack en memoire) Program Status Word : PSW (contient bits de contrôle)

REGISTRES

Mode Kernel / Mode User Année 2009 - 2010 Systèmes d'exploitation

UAL

MEMOIRE

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Organisation d'un ordinateur Microprocesseur

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Organisation d'un ordinateur Mémoire ●

Doit être rapide pour ne pas freiner le CPU

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Organisation d'un ordinateur Mémoire ●

Registre – –

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Sur le même composant que CPU -> pas de délais Taille : 32x32 bits sur CPU 32 bits et 64x64 bits sur CPU 64 bits

Cache : L1 & L2 cache – – – –

Cache Hit (vérification par HW si info en mémoire) Stocage d'infos très fréquemment utilisées L1 généralement pour instructions “décodées” (+- 16 KB) – pas de délai d'accès L2 informations récemment utilisées (plusieurs MB) – 1 à 2 cycles d'orloge de délai

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Organisation d'un ordinateur Mémoire ●

Memoire principale –

RAM (Random Access Memory) ● ●

–

ROM (Read Only Memory) ● ●

–

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Non volatile mais peut-etre réecrite Lente

Flash memory ● ● ●

–

Programmée en usine Non volatile

EEPROM (Electrically Erasable PROM) ●

–

Mémoire volatile Prix en forte chute

Moyen de stocage pour les appareils électoniques Photo, MP3, ... Vitesse entre RAM et Disque Dur

CMOS (volatile mais faible consommation)

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Organisation d'un ordinateur Disque ●

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Plus de 100 x moins cher que RAM par bit Non volatile Très lent par rapport à la RAM (1000 x) Peut contenir la mémoire virtuelle. Mapping réalisé par le CPU au travers du MMU (Memory Management Unit)

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Organisation d'un ordinateur Bandes Magnétiques (Tapes) ● ● ● ● ●

Coût par bit le plus faible Backup – Copie de sécurité Très lent Mise en place de robots... Remplacées de plus en plus par les disques optiques

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Organisation d'un ordinateur Unités Entrée/sortie (I/O Devices) ●

IO Devices composées généralement de 2 parties –

Controleur ● ● ●

Interface simplifié pour l'OS ex. Lire le secteur 11.206 du disque 2 Conversion cylindre, tête, secteur – –

●

Device Driver – – –

–

Bad sectors Nombres de secteurs variables Windows Linux Mac OS

Unité à proprement parler

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Organisation d'un ordinateur Unités Entrée/sortie (I/O Devices) ●

Device Driver – Intégration à l'OS ...(Kernel mode) – – –

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Re-Link OS et Reboot Mise à jour d'un fichier des devices dans l'OS et reboot Hot Pluggable Devices – USB & IEEE 1394

Accès à l'unité –

Busy Waiting Method ●

–

Interrupt ●

–

CPU passe le contrôle au controleur et attend CPU prend en charge le changement de contexte quand réception d'un interupt

DMA (Direct Memory Access) ●

Transfert des informations IO en mémoire sans intervention constante du CPU. A la fin, lancement interrupt

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Principes des OS Exercice 1 ●

Un ordinateur possède un pipeline à 3 niveaux. Chaque niveau met le même temps à s'exécuter (1 ns). Combien d'instructions par seconde cette machine peut-elle exécuter ?

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Principes des OS Exercice 1 ●

Réponse : – – –

Le pipeline sort une instruction toutes les nanosecondes -> la machine execute 109 soit 1.000.000.000 (1 milliard) d'instructions par seconde. L'important est le nombre d'instructions teminées qui sortent du pipeline.

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Historique des OS Génération '0' ●

Babbage – (1792 – 1871) “Machine Analytique” – – – – – –

Eviter les erreurs dans tables mathématiques Automatiser la chaine de calcul Séparation entre le module de calcul et la mémorisation Utilisation de cartes perforées Engagement assistant “Ada Lovelace” => ADA Problèmes technologiques

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http://histoire.info.online.fr

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Historique des OS Première Génération (1945 - 1955) ●

Génération des relais mécaniques et tubes à vide – – –

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Intensification des efforts pendant la seconde guerre mondiale Relais mécaniques -> Temps de cycles en secondes Remplacement par des tubes à vide

Millions de fois moins performant que les petits PC actuels... Simples calculs numériques (tables de sinus ou log) Programmation par cable

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Historique des OS Première Génération (1945 - 1955) ● ●

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Pas de système d'exploitation. Utilisateurs travaillaient chacun à leur tour sur l'ordinateur qui remplissait une salle entière. Grande lenteur. Grande fragilité.

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Historique des OS Première Génération (1945 - 1955) ●

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Création de l'ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) par P. Eckert et J. Mauchly. La programmation de ce calculateur s'effectue en recablant entre eux ses différents éléments. Composé de 19000 tubes, il pèse 30 tonnes, occupe une surface de 72 m2 et consomme 140 kilowatts. Horloge : 100 KHz. Vitesse : environ 330 multiplications par seconde. Apparition du terme “Bug” !

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Historique des OS Deuxième Génération (1955 - 1965) ● ●

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Appellation Mainframe Le passage aux transistors rendait les ordinateurs plus fiables. Ils pouvaient être vendus à des utilisateurs (grandes compagnies, universités ou administrations). Mais devant les coûts d'équipement élevés on réduisit les temps de traitement grâce au traitement par lots (batch).

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Historique des OS Deuxième Génération (1955 - 1965)

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Historique des OS Deuxième Génération (1955 - 1965) ●

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Les utilisations principales étaient le calcul scientifique et l'ingénierie (équations différentielles). Apparition du JCL (Job Command Language) Langage : Fortran et Assembler OS : FMS (Fortran Monitor System) - IBSYS

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Historique des OS Troisième Génération (1965 - 1980) ●

Apparition Circuits Intégrés – –

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Recherche au niveau des systèmes d'exploitation “génériques” – –

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Amélioration rapport coût/performance Apparition de familles de machines <> ordinateurs propriétaires

Scientifique et commercial Programmes batch ou Interactifs

Reponse IBM 360

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Historique des OS Troisième Génération (1965 - 1980) ●

MULTIPROGRAMMATION – –

Switch de contexte CPU en attente IO -> basculement ● ●

Scientifique peu d'I/O Commercial énormément d'I/O 80 à 90 % du temps d'attente Job 3 Job 2 Job 1 Système Exploitation

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Partitions Mémoire

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Historique des OS Troisième Génération (1965 - 1980) ●

SPOULAGE – – –

Stockage sur disques des jobs écrits sur cartes au fur et à mesure de l'arrivée Plus de perte de temps entre fin d'un JOB et démarrage d'un autre SPOOL – Simultaneous Peripheral Operation On Line

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Historique des OS Troisième Génération (1965 - 1980) ●

TEMPS PARTAGE (Time Sharing) – Frustration des développeurs des systèmes batch – Temps d'attente entre compile et résultats... – Création de CTSS (Concurrent TimeSharing System) suivi par MULTICS (MULTIplexed Information and Computing Services) – Multics – 1 machine pour supporter des centaines de users...

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Historique des OS Troisième Génération (1965 - 1980) ●

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Apparition des mini-ordinateurs (DEC PDP-1 en 1961, 4K mots de 18 bits, pour un prix de 120000 $). Thompson écrivit une version simplifiée (monoutilisateur) de MULTICS ; Kernighan l'appela avec humour UNICS (Uniplexed Information and Computer Service) ; ce nom allait devenir UNIX1. D. Ritchie se joignit à K. Thompson pour réécrire UNIX en langage C ; système d'exploitation le plus porté sur toutes sortes de machine.

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Historique des OS Quatrième Génération (1980 - 1990) ● ●

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LES ORDINATEURS PERSONNELS Développement des circuits LSI (Large Scale Integration circuits) Apparition de puces comportant des milliers de transistors sur un millimètre carré de silicium même architecture que les mini-ordinateurs mais leur prix est beaucoup moins élevé.

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Historique des OS Quatrième Génération (1980 - 1990) ●

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Deux systèmes d'exploitation principaux : MS-DOS (Microsoft Inc.) et UNIX. Dans le milieu des années 80, apparition de réseaux d'ordinateurs individuels qui fonctionnent sous des système d'exploitation en réseau ou des systèmes d'exploitation distribués.

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Historique des OS Quatrième Génération (1980 - 1990) ●

1974 – Intel – 8080 (processeur 8 bits) –

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1977 – CP/M récrit pour supporter différents processeurs (Intel 8080, Zilog Z80, ...) 1980 – IBM PC – Gates story... – – – –

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OS orienté disque (CP/M) (Control Program for Microcomputers) – Création Digital Research

Mise en contact avec Digital Research Refus de DR Achat de DOS Modifications MS-DOS

1985 – 1995 – Windows = couche graphique

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Historique des OS Quatrième Génération (1980 - 1990) ●

1995 – Windows 95 – –

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Utilise MS-DOS pour démarrage Exécution des anciens programmes

1999 – Windows 2000 (win NT 4) – 32 bits 2001 – Windows XP – Réunification ??? 6 années 2007 – VISTA – –

Nouveau GUI (IHM) et nouvelles fonctionnalités Challenge – Unification chaîne MSFT.

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Historique des OS Quatrième Génération (1980 - 1990) ●

UNIX – – – –

Plus positionné dans le monde des serveurs et des stations de travail. UNIX supporte un système de fenêtrage appelé X Window System (connu sour X11) Prend de plus en plus d'importance sur les Desktop (Inde et Chine) Linux est installé de plus en plus sur les PC ●

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GNOME et KDE sont des IHM (GUI) tournant sur X11

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Historique des OS 5ème génération (1990 - ????) ●

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Les ordinateurs personnels portables et de poche. Apparition des PIC (Personal Intelligent Communicator de chez Sony) et des PDA (Personal Digital Assistant, le Newton de chez Apple) Utiles pour les « nomades » (recherche, navigation, communication) Très bon marché et capables de se connecter à des ordinateurs distants et performants.

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Historique des OS 5ème génération (1990 - ????) ●

Systèmes d'exploitation de type « micronoyau » : – – –

modulaires (un module par fonction) Réalisés avec plus ou moins de modules adaptables à des très petites machines (PDA et PIC).

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