Rappels de première #
Les systèmes d’exploitation (OS) sont des logiciels spécialisés qui servent d’intermédiaire entre le matériel et l’utilisateur.
Ils sécurisent l’utilisation du matériel.
Il existe deux grandes familles d’OS : UNIX (Linux, Android, BSD, OSX, iOS etc.) et Windows (95, 98, NT, 10 etc.)
UNIX désigne une famille d’OS, pas un OS en particulier.
La mémoire #
On peut simplifier le matériel à trois grandes catégories :
- la mémoire (les informations)
- le processeur (qui calcule)
- les entrées/sorties (clavier, souris, écran, réseau etc.)
Chaque programme en cours d’exécution (un processus) requiert de lire et d’écrire dans la mémoire. Afin de sécuriser le système on empêche une application d’interférer avec les instructions d’une autres application.
Les processus n’ont donc aucun moyen de savoir s’ils sont plusieurs à tenter d’écrire à la même adresse.
Mémoire virtuelle #
Chaque processus se voit allouer de la mémoire dans laquelle il peut écrire et lire.
Lorsque l’instruction “écrire à l'adresse 3” du processus P1 est exécutée,
l’OS écrit réellement dans la mémoire, mais à une adresse qu’il a réservé pour
le processus. Par exemple 53. Il retient la correspondance :
| Processus | adresse virtuelle | adresse physique |
|---|---|---|
| P1 | 3 | 53 |
Lorsque l’instruction “ecrire à l'adresse 3” du processus P2 est exécutée
l’OS utilise alors une autre adresse physique pour enregistrer.
| Processus | adresse virtuelle | adresse physique |
|---|---|---|
| P1 | 3 | 53 |
| P2 | 3 | 142 |
Ainsi, le contenu de l’adresse 3 pour le processus P1 n’est pas écrasé et lorsqu’il voudra lire cette adresse il retrouvera les informations qu’il y avait écrite.
Ordonnancement #
Les processeurs n’exécutent qu’une instruction à la fois. Un processus ayant beaucoup d’instructions à réaliser va paraliser le système durant son exécution rendra l’ordinateur inutilisable.
L’ordonnanceur #
Le rôle de l’ordonnanceur est de donner la parole à chaque processus selon des règles préétablies afin de donner l’illusion de la simultanéité.
Plusieurs algorithmes existent :
- Tourniquet (Round Robin) : une instruction de chaque processus à la fois, jusqu’à épuisement.
- Plus court d’abord (shortest first) : en premier les instructions de l’application qui en a demandé le moins,
- Premier arrivé premier servi (First in First out, FIFO) le premier arrivé est exécuté jusqu’à épuisement. C’est ce qu’on souhaite éviter !
En pratique les algorithmes sont beaucoup plus complexes.
Les interruptions #
Un même type de périphérique (un microphone par exemple) peut disposer d’un millier de variantes qui fonctionnent toutes différemment.
Comment un programme qui souhaite utiliser le microphone (l’application “Téléphoner” de votre smartphone) pourrait-il être capable de les utiliser toutes ?
Il faudrait que son code contienne les pilotes de chaque variante… et il faudrait constamment le mettre à jour !
Et ceci pour chaque programme de l’ordinateur.
Les appels systèmes #
Lorsqu’une application souhaite utiliser le matériel, l’OS vérifie d’abord qu’il en a le droit.
Si c’est le cas, l’OS attend qu’un événementn venant du microphone se produise, (une interruption) et transmet alors ce signal à l’application.
Ces appels sont formalisés et sont indépendants du matériel.
Les pilotes #
Lorsqu’un fabricant crée un nouveau matériel il fournit un programme pour le système d’exploitation : un pilote.
Celui-ci permet de répondre aux appels systèmes standardisés définis par l’API de l’OS.
Cela permet à du matériel très varié de communiquer de la même manière avec les applications, à travers leur pilote et l’API commune.
Autres rôles #
Citons :
- la gestion des droits : l’OS 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.
- la gestion des fichiers et de leur arborescence. L’OS gère la lecture et l’écriture dans le système de fichiers et les droits d’accès aux fichiers par les utilisateurs et les applications.
Multitude d’OS #
Pourquoi tant d’OS différents s’ils utilisent le même principe ?
La spécialisation #
Certains OS répondent à un cahier des charges précis et sont spécialisés.
Android n’est pas adapté à un super calculateur. Mais les super calculateurs utilisent le même noyau qu’android : Linux.