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1. 3.1 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structures des Systèmes d’Exploitation
 Composants Systèmes
 Services des OSs
 Appels Système
 Programmes Système
 Structure du système
 Machines Virtuelles
 Conception et Implémentation de Système
 Génération de système

2. 3.2 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Composants Systèmes Communs
 Gestion de Processus
 Gestion de la mémoire centrale
 Gestion des fichiers
 Gestion du système d’E/S
 Gestion de Stockage Secondaire
 Gestion de réseaux
 Système de Protection
 Système d’Interprétation de Commandes

3. 3.3 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Gestion de Processus
 Un processus est un programme en exécution
 Un processus a besoin de certaines ressources; CPU,
mémoire, fichiers, les périphériques d’E/S, … pour
accomplir sa tâche
 L’OS est responsable des activités suivantes en relation
avec la gestion des processus
 Création et suppression de processus
 Suspension et relancement du processus
 Mécanismes pour:
Synchronisation entre processus
Communication entre processus
Traîtement des interblocages

4. 3.4 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Gestion de la Mémoire Centrale
 La mémoire est un large vecteur de mots ou octets, chaque
entrée ayant sa propre adresse
 C’est un espace de stockage de données rapidement
accessible par la CPU et les périphériques d’E/S
 La mémoire centrale est un espace de stockage volatil;
elle perd son contenu en cas de problème système
 L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la
gestion de la mémoire
 Garder la trace de la mémoire utilisée et de la mémoire
encore libre
 Décider quels processus à charger en mémoire dès que de
l’espace mémoire devient disponible
 Allouer et libérer la mémoire sous la demande des
processus

5. 3.5 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Gestion des Fichiers
 Un fichier est une collection d’informations liées défini par son
créateur
 Communément, les fichiers représentent les programmes (source
ou objets) et les données
 L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la
gestion des fichiers:
 Création et suppression de fichiers
 Création et suppression de répertoires
 Support de primitives pour la manipulation des fichiers et des
répertoires
 Mapper les fichiers en mémoire secondaire
 Backup de fichiers sur un média de stockage non volatil

6. 3.6 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Gestion des E/S
 Le système d’E/S consiste en:
 Un système de tampon-cache
 Une interface générale de pilote de périphérique
 Pilotes pour les périphériques matériels spécifiques

7. 3.7 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Gestion de la Mémoire Secondaire
 Comme la mémoire principale est volatile et trop petite
pour accomoder tous les programmes d’une façon
permanente, l’ordinateur doit avoir une mémoire
secondaire
 La plupart des ordinateurs de nos jours utilisent les
disques magnétiques comme mémoire secondaire
 L’OS est responsable des activités suivantes en relation
avec la gestion des disques:
 Gestion de l’espace libre
 Allocation
 Ordonnacement des requêtes sur les disques

8. 3.8 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Réseaux (Systèmes Répartis)
 Un système réparti est une collection de processeurs qui n’ont
pas une mémoire commune, ni une horloge en commun
 Chaque processeur a sa propre mémoire, sa propre horloge
 Les processeurs sont connectés par un réseau de
communication
 Un protocole est utilisé pour la communication
 Un système réparti fournit un accès utilisateur à différentes
ressources systèmes
 L’accès à des ressources partagées permet:
 L’accélération de la computation
 Une meilleure disponibilité des données
 Une meilleure robustesse

9. 3.9 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Système de Protection
 La protection est le mécanisme de contrôle d’accès des
processus, des utilisateurs aux ressources système et
utilisateurs
 Le mécanisme de protection doit:
 Identifier les utilisations autorisées et non autorisées
 Spécifier les contrôles à imposer
 Fournir les moyens pour enforcer

10. 3.10 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Système de Commandes
 Plusieurs commandes sont données à l’OS par des instructions
de contrôle portant sur:
 Création et gestion des processus
 E/S
 Gestion de la mémoire secondaire
 Gestion de la mémoire principale
 Accès au système de fichiers
 Protection
 Réseau

11. 3.11 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Système de Commandes (Cont.)
 Le programme qui lit et interprète les instructions de contrôle est
appelé:
 Interpréteur de lignes de commandes
 shell
Sa fonction est de lire et d’exécuter la nouvelle instruction

12. 3.12 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Services de l’OS
 Exécution des programmes – système capable de charger un
programme en mémoire et de l’exécuter
 Opérations d’E/S – comme les programmes utilisateurs ne
peuvent pas exécuter des opérations d’E/S directement, l’OS
doit fournir les moyens pour le faire
 Manipulation des systèmes de fichiers-manipulation système –
capacité de lire, d’écrire, de créer, et de supprimer des fichiers
 Communication – échange d’informations entre les processus
exécutant soit sur le même ordinateur (mémoire partagée) ou
sur des systèmes différents reliés par un réseau (échange de
messages).
 Détection d’erreurs – assure des computations correctes en
détectant les erreurs dans la CPU, la mémoire, les E/S, ou les
programmes utilisateurs

13. 3.13 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Fonctions Additionnelles des OSs
Des fonctions additionnelles existent non pas pour aider les
utilisateurs, mais plutôt pour assurer l’eficacité des opérations
 Allocation de ressources – Allouer des ressources à plusieurs
utilisateurs ou à plusieurs processus simultanément
 Comptabilité – garder les informations sur les ressources utilisées
par chaque utilisateur pour des fins de facturation ou de statistiques
 Protection – s’assurer que tous les accès aux ressources système
sont contrôlés

14. 3.14 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Appels Système
 Les Appels Système sont l’interface entre un processus et l’OS
 Générallement disponibles sous forme d’instructions en
assembleur
 Les langages définis pour remplacer l’assembleur dans la
programmation système permettent de faire des appels
système directement (e.g., C, C++)
 Trois méthodes générales sont utilisées pour passer des
paramètres entre un processus en exécution et l’OS
 Passer les paramètres dans les registres
 Ranger les paramètres dans une table en mémoire, et l’@
de la table est passée dans un registre
 Push (empiler) les paramètres dans la pile du programme,
et pop (dépiler) la pile par l’OS

15. 3.15 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Passage de paramètres dans une Table

16. 3.16 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Types des Appels Système
 Contrôle de processus
 Gestion des fichiers
 Gestion des périphériques
 Maintenance des informations
 Communications

17. 3.17 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Exécution MS-DOS
At System Start-up Running a Program

18. 3.18 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
UNIX Exécutant Plusieurs Programmes

19. 3.19 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Modèles de Communication
Message Passing Shared Memory
 La communication peut se faire par partage de mémoire
ou par échange de messages

20. 3.20 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Programmes Système
 Les programmes système fournissent un environnement
pour le développement et l’exécution de programmes. Il
peuvent être divisés en :
 Manipulation de fichiers
 Informations sur le statut
 Modification de fichiers
 Support des langages de programmation
 Chargement et exécution de programmes
 Communications
 Programmes Applicatifs
 Les utilisateurs ont une vue de l’OS basée sur les
programmes systèmes plutôt que les appels systèmes.

21. 3.21 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure Système du MS-DOS
 MS-DOS – écrit pour fournir le plus de fonctionnalités avec une
occupation mémoire réduite
 Pas divisé en modules
 Interfaces et niveaux de fonctionnalités mal séparés

22. 3.22 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure des Couches MS-DOS

23. 3.23 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure du Système UNIX
 UNIX – OS séparé en deux entités
 Programmes systèmes
 Le noyau
Consiste en tout ce qui se trouve entre l’interface appels
système et le matériel
Fournit le système de fichiers, l’ordonnacement du CPU,
la gestion de la mémoire, et d’autres fonctionnalités
système; un nombre impressionnant de fonctionnalités
pour une couche

24. 3.24 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure du Système UNIX

25. 3.25 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Approche à Couches
 L’OS est divisé en un nombre de couches (niveaux), chacun
construit en fonction des couches inférieures. La couche la plus
basse (couche 0) est le matériel; la couche la plus haute (couche
N) est l’interface utilisateur.
 Avec la modularité, les couches sont construites de sorte que
chaque couche utilise seulement les fonctions (opérations) et
les services des couches inférieures

26. 3.26 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Une Couche OS

27. 3.27 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure des Couches OS/2

28. 3.28 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure des Systèmes Micronoyaux
 Transfère le plus de fonctionnalités possibles dans l’espace
utilisateur
 La communication se fait par échange de messages entre les
modules utilisateurs
 Bénéfices:
 Extension du système plus facile
 Portage de l’OS vers d’autres architectures plus facile
 Plus de fiabilité (moins de code en mode noyau)
 Plus de sécurité
 Inconvénients:
 Overhead des communications entre l’espace utilisateur et l’espace
noyau => moins performant

29. 3.29 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure Mac OS X

30. 3.30 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Structure Client-Serveur Windows NT

31. 3.31 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Modules
 La plupart des OSs actuels implémentent des
modules noyau
 Utilisation des approches objets
 Chaque composant noyau est isolé
 Les composants communiquent via leurs interfaces
 Chacun peut-être chargé au besoin dans le noyau
 En conclusion, pareil aux couches mais encore plus
flexible et performant

32. 3.32 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Approche Modulaire de Solaris

33. 3.33 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Machines Virtuelles
 Une approche machine virtuelle considère le matériel et l’OS
comme étant “un matériel”
 Une machine virtuelle fournit une interface identique à celle du
matériel sous-jacent
 L’OS crée l’illusion de processus multiples, chacun s’exécutant
sur son processeur et sur sa mémoire

34. 3.34 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Machines Virtuelles (Cont.)
 Les ressources de l’ordinateur sont partagées pour créer les
machines virtuelles
 L’ordonnancement CPU peut créer l’illusion que les utilisateurs ont
chacun leur propre processeur
 Spooling et le système de fichiers fournit des périphériques virtuels
(imprimantes, lecteurs, …)
 Un terminal utilisateur sert comme la console d’opérations de la
machine virtuelle

35. 3.35 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Modèles Système
Machine Non-virtuelle Machine Virtuelle

36. 3.36 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Avantages/Inconvénients des Machines Virtuelles
 Le concept d’une machine virtuelle (VM) fournit une
protection complète des ressources système du fait que
toute VM est isolée des autres VMs.
 Un système de VM est excellent pour la recherche et le
développement de nouveaux systèmes; le
développement est fait sur une machine virtuelle et de ce
fait n’interrompt pas le fonctionnement normal du
système.
 Le concept de VM est difficile à implémenter à cause des
efforts requis pour la duplication exacte du matériel sous-
jacent

37. 3.37 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Machine Virtuelle Java
 Les programmes Java compilés sont indépendants de la
plateforme d’accueil; bytecode exécutés par la Java Virtual
Machine (JVM)
 JVM consiste en
 Chargeur de classes
 Vérificateur de classes
 Interpréteur
 Compilateur Just-In-Time (JIT) améliore les performances

38. 3.38 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
La Machine Virtuelle Java

39. 3.39 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
La Plateforme Java

40. 3.40 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Fichier Java .class File pour Différentes
Plateformes

41. 3.41 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Environnement Développement Java

42. 3.42 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Objectifs de la Conception Système
 Objectifs Utilisateurs – l’OS doit être facile d’utilisation, facile à
apprendre, fiable, sécurisé, et performant
 Objectifs Système – l’OS doit être facile à concevoir, à
implémenter, et à maintenir, flexible et extensible, fiable, sans
erreurs, et performant

43. 3.43 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Mécanismes et Politiques
 Une politique détermine ce qu’on veut mettre en place
 Un mécanisme détermine comment on le met en place
 La séparation des politiques et des mécanismes est un principe
très important; il permet une flexibilité maximale en cas de
changement de politique

44. 3.44 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Implémentation Système
 Traditionnellement écrits en assembleur, les OSs sont écrits
actuellement en langages de haut niveau
 Code écrit en un langage de haut niveau:
 Ecrit plus rapidement
 Plus compact
 Plus facile à comprendre et à debugger => plus fiable
 Un OS est beaucoup plus facile à porter s’il est écrit dans un
langage haut niveau

45. 3.45 URD L2 2005
Systèmes d’Exploitation
Génération de Système (SYSGEN)
 Les OSs sont conçus pour s’exécuter sur tout type de machines;
le système doit être configuré pour chaque type d’ordinateurs
 Le programme SYSGEN obtient des informations concernant la
configuration spécifique du matériel
 Booting – lancer l’ordinateur en chargeant le noyau
 Bootstrap – Code en ROM capable de localiser le noyau, le
charger en mémoire, et lancer son exécution