Les Systèmes d'Exploitation (Opérating System)
  
1°) Différentes façons d’utiliser un ordinateur a) En temps réel L’ordinateur est utilisé pour un travail immédiat qui peut varier de quelques micro-secondes à quelques secondes. Exemples : utilisation pour la conduite de gros processus industriels : pilotage fusées, trains, robots, trains, réacteurs chimiques,…. b) En temps différé Un ensemble de travaux est reporté à plus tard (1 heure, quelques jours,…). L’ordinateur travaille sur des ensembles de même nature ou lots(batch-processing) avec des files d’attente pour les priorités. c) En mode conversationnel En temps réel, l’utilisateur dialogue à partir du clavier avec l’ordinateur. d) En multiprogrammation A un instant donné, plusieurs programmes actifs se trouvent chargés dans la mémoire de l’ordinateur et se partagent ses ressources. e) En multitraitement C’est de la multiprogrammation avec un ordinateur disposant de plusieurs unités centrales(multi-processeurs) f) En temps partagé (time-sharing) Une partie de la capacité d’un gros ordinateur est à la disposition de plusieurs utilisateurs. Schéma de représentation abstraite en couches :
Ainsi lorsqu'un programme désire accéder à une ressource matérielle, il ne lui est pas nécessaire d'envoyer des informations spécifiques au périphérique, il lui suffit d'envoyer les informations au système d'exploitation, qui se charge de les transmettre au périphérique concerné via son pilote. Le système d'exploitation permet ainsi de "dissocier" les programmes et le matériel, afin notamment de simplifier la gestion des ressources et offrir à l'utilisateur une interface homme-machine (notée «IHM») simplifiée afin de lui permettre de s'affranchir de la complexité de la machine physique. Un OS est conçu pour un type de processeur. Il est long à écrire car il nécessite des centaines de milliers d’instructions d’où son prix. Maintenant on l’écrit d’abord puis on construit les UC. Ils sont divers car l’OS organise les échanges au sein du système informatique et dialogue avec l’utilisateur : - Gestion du processeur : le système d'exploitation est chargé de gérer l'allocation du processeur entre les différents programmes grâce à un algorithme d'ordonnancement. Le type d'ordonnanceur est totalement dépendant du système d'exploitation, en fonction de l'objectif visé. - Gestion de la mémoire vive : le système d'exploitation est chargé de gérer l'espace mémoire alloué à chaque application et, le cas échéant, à chaque usager. En cas d'insuffisance de mémoire physique, le système d'exploitation peut créer une zone mémoire sur le disque dur, appelée «mémoire virtuelle». La mémoire virtuelle permet de faire fonctionner des applications nécessitant plus de mémoire qu'il n'y a de mémoire vive disponible sur le système. En contrepartie cette mémoire est beaucoup plus lente. - Gestion des entrées/sorties : le système d'exploitation permet d'unifier et de contrôler l'accès des programmes aux ressources matérielles : - Gestion de l'exécution des applications : le système d'exploitation est chargé de la bonne exécution des applications en leur affectant les ressources nécessaires à leur bon fonctionnement. Il permet à ce titre de «tuer» une application ne répondant plus correctement. - Gestion des droits : le système d'exploitation est chargé de la sécurité liée à l'exécution des programmes en garantissant que les ressources ne sont utilisées que par les programmes et utilisateurs possédant les droits adéquats. - Gestion des fichiers : le système d'exploitation gère la lecture et l'écriture dans le système de fichiers et les droits d'accès aux fichiers par les utilisateurs et les applications. Il range, met à jour, modifie, supprime, renomme, copie les fichiers. - Gestion des informations : le système d'exploitation fournit un certain nombre d'indicateurs permettant de diagnostiquer le bon fonctionnement de la machine. Composantes d’un système d’exploitation - Le noyau (en anglais kernel) représentant les fonctions fondamentales du système d'exploitation telles que la gestion de la mémoire, des processus, des fichiers, des entrées-sorties principales, et des fonctionnalités de communication. - L'interpréteur de commande (en anglais shell, traduisez «coquille» par opposition au noyau) permettant la communication avec le système d'exploitation par l'intermédiaire d'un langage de commandes, afin de permettre à l'utilisateur de piloter les périphériques en ignorant tout des caractéristiques du matériel qu'il utilise, de la gestion des adresses physiques, etc. - Le système de fichiers (en anglais «file system», noté FS), permettant d'enregistrer les fichiers dans une arborescence. 1 - Systèmes multi-tâches Les applications sont composées en séquence d'instructions que l'on appelle «processus légers» (en anglais «threads»). Ces threads seront tour à tour actifs, en attente, suspendus ou détruits, suivant la priorité qui leur est associée ou bien exécutés séquentiellement. Il existe 3 grands types : a) Les systèmes multi-tâches coopératifs Les systèmes embarqués sont des systèmes d'exploitation prévus pour fonctionner sur des machines de petite taille, telles que des PDA (personal digital assistants ou en français assistants numériques personnels) ou des appareils électroniques autonomes (sondes spatiales, robot, ordinateur de bord de véhicule, etc.), possédant une autonomie réduite. Ainsi, une caractéristique essentielle des systèmes embarqués est leur gestion avancée de l'énergie et leur capacité à fonctionner avec des ressources limitées. 4 – Les systèmes en temps réel Les systèmes temps réel (real time systems), essentiellement utilisés dans l'industrie, sont des systèmes dont l'objectif est de fonctionner dans un environnement contraint temporellement. Un système temps réel doit ainsi fonctionner de manière fiable selon des contraintes temporelles spécifiques, c'est-à-dire qu'il doit être capable de délivrer un traitement correct des informations reçues à des intervalles de temps bien définis (réguliers ou non). Evolution des types de systèmes d’exploitation On distingue plusieurs types de systèmes d'exploitation, selon qu'ils sont capables de gérer simultanément des informations d'une longueur de 16 bits, 32 bits, 64 bits ou plus. - 1ère génération : le programme est enregistré en mémoire centrale grâce à un programme appelé « chargeur ». le traitement des travaux s’effectue en séquentiel dans le temps. - 2ème génération : On peut conduire simultanément calcul et opérations d’entrée/sortie mais cette simultanéité n’est possible qu’à l’intérieur d’un même programme car le traitement des travaux demeure séquentiel. - 3ème génération : plusieurs programmes peuvent résider simultanément en mémoire centrale. Un seul utilisant le processeur, les autres peuvent traiter des entrées-sorties : c’est de la « multiprogrammation ». - 4ème génération : système conversationnel, mémoire virtuelle,…
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En l'absence de pilotes il faudrait que chaque programme reconnaisse et prenne en compte la communication avec chaque type de périphérique !