systèmes d'exploitation(rt) chapitre1

INSATINSAT

CONCEPTS FONDAMENTAUXCONCEPTS FONDAMENTAUX

DES SYSTEMES D’EXPLOITATIONDES SYSTEMES D’EXPLOITATION

CENTRALISESCENTRALISES

LEILA BACCOUCHE

L. BACCOUCHE Fondements des Systèmes d'Exploitation Centralisés 1

Chapitre 1 Introduction aux systèmes d'exploitationIntroduction aux systèmes d exploitation

1 1 R l é é1.1 Rappels généraux

ordinateur = machine (matériel ) + mode d'emploi (logiciels).

1.1.1 Rappel sur la structure interne d'un ordinateur

La machine comprend plusieurs entités : une unité centrale, plusieursmémoires, des périphériques et un bus afin de permettre à ces unités decommuniquercommuniquer.

UCBus externe

Disque durUC

MC périphériques


Carte mèrepériphériques

L'unité centrale (processeur) réalise les traitements et les décisions Elle se1.1.2 Structure de l'unité centrale

L unité centrale (processeur) réalise les traitements et les décisions. Elle se compose d'une unité de commande et de contrôle, d'une unité arithmétique et logique, de registres et d'un bus interne pour permettre la communication

i éentre ces unités.

U n i t éU n i t éU n i t éA r i t h m é t iq u e e t lo g iq u e

U n i t é d e c o n t r ô le e t d e R

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U n i t é s d e g e s t io n m é m o ir e M é m o ir e

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On trouve essentiellement les éléments suivants sur une carte mère :1.2 Structure de la carte mère

c a c h eH o r lo g e c a c h ec a c h eH o r lo g e

Le microprocesseurL'horloge qui permet de cadencer le fonctionnement du processeur, du


bus.La mémoire vive sous forme de barrettes de 64, 128, 256 MO.

La mémoire morte, appelée ainsi car elle peut uniquement être lue et non difié Ell ti t l d BIOS i è l t é timodifiée. Elle contient les programmes du BIOS qui gère les entrées-sorties.

Le bus système se présentant sous la forme de fils parallèles pour véhiculer les données et les instructions. Ce bus relie le processeur à la mémoire pcentrale.

Le bus d’entrée/sortie (chipset) permet de relier les différents composants de la carte mère

Les périphériques sont des dispositifs qui sont assez lents par rapport à l'unité

de la carte mère.

Les périphériques sont des dispositifs qui sont assez lents par rapport à l unité centrale. Un composant appelé contrôleur est associé à chaque périphérique et gère le dialogue avec l'unité centrale.L è i lLa carte mère contient en plus :Le contrôleur de busLe contrôleur de mémoire Le contrôleur des e/sDes emplacements pour connecter des cartes d'extensionD t d' li t ti d l i d di


Des connecteurs d'alimentation, de clavier, de disque….

Le système d'exploitation est un intermédiaire entre la machine et

1.3 Définitions d’un système d ’exploitation

Le système d exploitation est un intermédiaire entre la machine etl'utilisateur.

La fonction du système d'exploitation est de masquer la complexité dumatériel et de proposer des instructions plus simples à l'utilisateur.

Le système d'exploitation est un ensemble de programmes qui contrôlentles composants de l'ordinateurles composants de l ordinateur.

La fonction du système d'exploitation est de masquer la complexité dumatériel et de proposer des instructions plus simples à l'utilisateur.

1.4 Le logiciel dans un ordinateurLe logiciel dans un ordinateur se répartit en 2 catégories :• Les programmes fondamentaux qui permettent le fonctionnement de• Les programmes fondamentaux qui permettent le fonctionnement del'ordinateur (dits programmes système)• Les programmes qui résolvent les problèmes des utilisateurs (applications)Le système d'exploitation est le programme fondamental des programmessystème.


Logiciels et applica tionsLogiciels et applica tions

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Systèm e d’exploita tionProgra m m essystèm es

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C om posa nts m atériels : processeu r m ém oires périphériques

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Partie m atérie lle

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C om posa nts m atériels : processeu r m ém oires périphériques

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C om posa nts m atériels : processeu r, m ém oires, périphériquesC om posa nts m atériels : processeu r, m ém oires, périphériques


1.5 Historique des systèmes d'exploitation

Un système d ’exploitation est développé pour un machine bien précise. Les SE ont évolués avec les générations d’ordinateurs

1 5 1 L iè é é i d' di1.5.1 La première génération : prototypes d'ordinateurs

Cartes électriques enfichablesUne seule personne conçoit construit programme :Une seule personne conçoit, construit, programme : pas de SE

1 5 2 L d iè é é ti t i t t1.5.2 La deuxième génération : transistors et traitement par lots

Les ordinateurs sont devenus plus fiablesProgrammes sur cartes perforées en Fortran, Cobol, Assembleur.

Les ordinateurs sont devenus plus fiables

Regroupement des programmes sur bande en fonction du langage de programmation.Moniteur système commande l’exécution automatique de tous les


Moniteur système commande l exécution automatique de tous les prog.

1.5.3 La troisième génération : Les circuits intégrés etla multiprogrammationla multiprogrammation

Apparition du Circuit Intégré en 1959IBM lance le SE os/360 capable de faire des calculs et des e/s : pmultiprogrammationPremiers SE : OS/360

Tâches réalisées par le SE •Allocation du processeur•Allocation de la mémoireAllocation de la mémoire•Gestion des files d ’e/s

La multiprogrammationle processeur peut se partager entre plusieurs tâches.origine : lenteur des périphériques

p g

Au lieu que le processeur reste inactif dans l'attente de l’e/s, lesystème d'exploitation fait basculer le processeur vers un autreprogramme et l'exécute. Le processeur peut ainsi avoir un rendement


programme et l exécute. Le processeur peut ainsi avoir un rendementde 100%.

Comment exécuter 2 programmes en parallèle ?L’exécution de programmes en parallèle nécessite d’abord une stratégie pour p g p g p

définir la durée d’exécution de chaque bout de programme et l’instant de basculement d’un programme à un autre.

Exemples d’algorithmes d’ordonnancement :Le tourniquet (Round Robin), un algorithme équitable qui partage le temps processeur de manière égale entre les programmes en les exécutant durant un quantum de temps. L’instant final d’exécution des 2 programmes le même quel que soit l’ordreL instant final d exécution des 2 programmes le même quel que soit l ordre

d’exécution séquentiel ou parallèle,P1

P2

P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1


13

1.5.4 La quatrième génération : Les PC et les systèmes d'exploitation actuels

Technologie MOS (Metal Oxyde Semiconductor) apparue vers les années 70 : permet de fabriquer des transistors plus petits et plus

actuels

rapides. L’apparition des circuits LSI (Large Scale Integration) et VLSI (Very Large Scale Integration)

Le premier microprocesseur, Intel 4004 en 1971chez Intel.

Il traite des données de 4 bits, contient 2300 transistors et peut exécuter 60 000 opérations partransistors et peut exécuter 60.000 opérations par seconde (fréq. de base de 108 KHz).

En 1974, Gary Kildall écrit CP/M (Control Program for Microcomputers), le premier système d'exploitation pour micro-


ordinateur, ancêtre de MS-DOS.

En 1975, la société Microsoft est créée par Bill Gates et Paul Allen.Le 1er Avril 1976 deux amis Steve Wozniak et Steve Jobs fondentLe 1 Avril 1976, deux amis, Steve Wozniak et Steve Jobs fondent

officiellement l'Apple Computer Company.En 1977, L'université de Berkeley propose sa première version d'UNIX :

BSDLe 12 août 1981, IBM dévoile son « Personal Computer » une machine

16 bit bâti I t l 8088 16 KO d é i RAM t16 bits bâtie sur processeur Intel 8088 avec 16 KO de mémoire RAM etcapable d'adresser jusqu'à 1MO de mémoire.

En 1982, Création de Sun (Stanford University Network) Microsystems, Invention du concept de station de travail, intermédiaire entre le PC et le

mini-ordinateur. Unix sera leur système d'exploitation.Les processeurs Risc voient le jour. Les plus célèbres fabricants sont : SUN

l' hi SPARC M l l 88000 IBM RISC6000avec l'architecture SPARC, Motorola avec le 88000, IBM avec RISC6000, Motorola-IBM-Apple avec le PowerPC, HP avec HP-PA, Digital avec Alpha, MIPS avec les Rx000


MIPS avec les Rx000.

En 1991, Linus Torvald, 21 ans, étudiant en licence universitaire d'informatique en Finlande, présente le noyau Linux 0.01 Le projet GNU a été fondé et créé par Richard Stallman et

constitue le principal objectif de la Free Software Foundation (FSF).p p j ( )En 1995 Sun Microsystems présente le langage orienté objet, JAVA.

1.5.6 La cinquième génération : les systèmes d'exploitation parallèles et répartis

T d f d tè ltiTendance en faveur des systèmes multi-processeursOn distingue les systèmes parallèles et répartis :

Système parallèle : système d ’exploitation pour machine parallèle y p y p p p(processeurs fortement couplés)Les processeurs partagent le bus, parfois la mémoire.

La capacité de traitement est augmentéeSystème réparti : ensemble d ’ordinateurs et de ressources reliés par un é L di f ibl lé


réseau. Les ordinateurs sont faiblement couplés. Le calcul peut être réparti et les ressources partagées

1.5.7 Les principaux systèmes d'exploitation

MS-DOSIBM prend contact avec la société Microsoft pour le développement d’un

système d’exploitation pour son PCsystème d exploitation pour son PC.

DOS est mono-utilisateur et mono-tâche. On a du greffer des couches logicielles pour répondre aux évolutions matérielles et aux demandes deslogicielles pour répondre aux évolutions matérielles et aux demandes des utilisateurs.Unix

Unix a donné naissance à de nombreuses versions. Il fonctionne aussi bien surPC que sur mini-ordinateurs ou super-calculateurs.

Les principaux Unix du marché sur Intel sont : Open Server et Unixware deSCO (Santa Cruz Operation), Solaris (Sun Microsystems), BSD (Berkeley).

L i i U i t HP UX AIX t S l iLes principaux Unix serveurs sont HP –UX, AIX et Solaris


Linux

•Egalement appelé GNU/Linux en raison des composants et logiciels GNU utilisés au dessus du noyau Linux.• Principales distributions de Linux : RedHat, MandrakeSoft , Suze , Debian,

bUbunto.

L f ill d Wi dLa famille des Windows : • En 1993, Windows NT 3.1 suivie en 1994 par NT 3.5. • L'année 1995 verra la sortie du fort célèbre windows 95 ("Et soudain le• L année 1995, verra la sortie du fort célèbre windows 95 ( Et soudain le monde devient plus beau"). • En 1996 Windows NT 4 avec deux versions station de travail et serveurEn 1996, Windows NT 4 avec deux versions station de travail et serveur.• En 1998 Windows 98. Depuis, Windows 2000 professionnel et serveur, suivi de Windows XP .…


• Les PDA et les smartphones: palm OS, Windows mobile, Linux.1.5.8 Les gammes d'ordinateurs

• Le micro-ordinateur compatible PC ou Macintosh, le portable, la stationde travail : Le Macintosh ne peut supporter que le système du Macintosh Macde travail : Le Macintosh ne peut supporter que le système du Macintosh Mac-OS. En revanche le PC peut supporter plusieurs systèmes d'exploitation tels quediverses versions d'Unix, Linux et de Windows.

La station de travail est un ordinateur personnel mais bien plus puissant etdisposant généralement d'une carte graphique haut de gamme La puissance estdisposant généralement d une carte graphique haut de gamme. La puissance estobtenue grâce à l'adjonction de processeurs ou par l'utilisation de modèles deprocesseurs à architecture différente tels que les processeurs RISC par exemplel ( ) ( ) l h ( )le processeur SPARC (SUN), PowerPC (IBM), Alpha(DEC).

La station de travail est souvent utilisée dans des domaines tels que les effetsLa station de travail est souvent utilisée dans des domaines tels que les effetsspéciaux de films, les animations 3D, l'ingénierie et les applicationsscientifiques.


•Les minis ordinateurs ou serveurs : ce sont des serveurs multiprocesseurs auxquels on peut connecter (grâce à un réseau local) plusieurs terminaux qui q p (g ) p qpeuvent être géographiquement éloignés. On les utilise généralement pour les systèmes bancaires, de réservation d'avion, les assurances…

Généralement les terminaux ne disposent ni de processeur ni de mémoire de stockage. Tout le travail et la sauvegarde sont effectués sur le serveur.

Ces mini-ordinateurs ont souvent leur système propriétaire fourni par le constructeur. Nous citons les AS400 d'IBM, avec pour système d'exploitation l'OS400 Egalement AIX VMS pour les machines de type VAX et del OS400. Egalement AIX …VMS pour les machines de type VAX et de constructeur DEC. Département 2

Département 1

Réseau d ’interconnexion

ImprimanteRAM

Console d’administration


Imprimante

Serveur

d administration

•Les super calculateurs : Cette gamme désigne les machines comportant un très grand nombre de processeurs et réservées à des calculs scientifiques longs et complexes. A titre d'exemple nous citons les centres de recherche spatiale qui les utilisent pour destitre d exemple nous citons les centres de recherche spatiale qui les utilisent pour des simulations.

Ces calculateurs également ont un système d'exploitation propriétaire fourni par le g y p p p pconstructeur. Les super-calculateurs les plus connus sont les CRAY, La Connection machine (16 000 processeurs),


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