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![Systèmes Répartis (ou Distribués)
• Ensemble d’ordinateurs indépendants qui apparaît à un utilisateur
comme un système unique et cohérent
• “A distributed system is one on which I can’t do my work if some
computer, that I never heard of, has failed” [Lamport]
• Ensemble d’entités autonomes de calcul (ordinateurs, PDA,
processeurs, processus, …) interconnectés et qui peuvent
communiquer.
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Systèmes d'Exploitation - chp1-introduction
Le document présente une introduction aux systèmes d'exploitation, définissant leur rôle comme des programmes essentiels qui gèrent les ressources informatiques et permettent l'exécution des applications. Il retrace l'historique des systèmes d'exploitation à travers quatre générations d'ordinateurs, illustrant leur évolution et les types contemporains comme le cloud computing et la virtualisation. Enfin, il aborde différents types de systèmes, notamment les systèmes temps réel et distribués, et les concepts clés liés à l'exploitation des machines.
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- 1. Introduction aux Systèmesd’Exploitation Définition, Historique, Mécanismes de base Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 1 Systèmes d’Exploitation 2ème Année (GL-RT-IIA-IMI)
- 2. ARCHITECTURE D’UN ORDINATEUR Introductionaux Systèmes d’Exploitation Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 2
- 3. Ordinateur • Un ordinateurest une machine électronique qui permet l’exécution des programmes • Un programme est un ensemble d’instructions qui seront traduites en signaux électroniques • La sortie de ces programmes est convertie à nouveau pour que l’utilisateur puisse la comprendre Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 3 Architecture d’un Ordinateur Entrée Sortie Processeur Mémoire … 100101... … 11001...
- 4. Ordinateur : ComposantsInternes Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 4 PROCESSEUR Registres UAL Décodeur MÉMOIRECENTRALE BUS(contrôle, données, adresse) PÉRIPHÉRIQUES Imprimante Modem Lecteur CD Lecteur Amovible Interface Accès Direct à la Mémoire Contrôleur Processeur d’Entrée/Sortie
- 5. Ordinateur: Composants (1/2) •Un ordinateur est composé principalement de : § Processeur o Responsable de l’interprétation des instructions et du calcul § Carte Mère o Relie les différents composants d’un ordinateur via un bus o Responsible de contrôler l’accès aux différents types d’entrées/sorties § Mémoire Vive o Mémoire auxiliaire permettant de sauvegarder temporairement les données en vue de travailler avec plusieurs ressources o Appelée la RAM (Random Access Memory) o Mémoire volatile : elle ne garde les données que si elle est alimentée électriquement Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI 5 Architecture d’un Ordinateur
- 6. Ordinateur: Composants (2/2) •Un ordinateur est composé principalement de : § Mémoires de Masse o Permettent de sauvegarder les données de manière persistante o Ex: Disque dur, Clé USB, CD-ROM… o Plus lentes que la mémoire vive § Périphériques o Composants permettant à l’ordinateur de communiquer avec l’extérieur (utilisateur ou autre ordinateur) o Périphériques d’entrée: ‣ Clavier, souris, carte réseau, mémoire de masse, etc. o Périphériques de sortie: ‣ Écran, imprimante, carte réseau, mémoire de masse, etc. § Logiciels o Programmes systèmes : gère le fonctionnement de l’ordinateur o Programmes d’application : exécute le travail demandé par les utilisateurs Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI 6 Architecture d’un Ordinateur
- 7. SYSTÈMES D’EXPLOITATION Introduction auxSystèmes d’Exploitation Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 7
- 8. Système d’Exploitation :Définition • OS: Operating System (en anglais) • Programme système fondamental • Contrôle toutes les ressources de l’ordinateur de manière efficace • Représente une base sur laquelle les programmes d’application sont écrits • Représente une abstraction du système sous-jacent § Permet de cacher la complexité de la machine pour l’utilisateur, pour lui permettre de l’utiliser sans savoir ce qui est derrière • Selon Coy: Abstraction du terme “Machine” § Machine réelle = Unité centrale + périphériques § Machine abstraite = machine réelle + système d’exploitation § Machine utilisable = machine abstraite + applications Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 8 Systèmes d’Exploitation
- 9. Exemples de Systèmesd’Exploitation • Systèmes pour ordinateurs personnels § Windows, Linux, MacOSX… • Systèmes mainframes (grands systèmes) § Multics, IBM MVS, BS2000… • Systèmes pour smartphones § Android, iOS, Backberry OS, Windows Phone, Bada… • Systèmes pour TV § Android TV, Tizen, tvOS, Firefox OS… • Et bien d’autres… Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 9 Systèmes d’Exploitation
- 10. HISTORIQUE DES SYSTÈMESD’EXPLOITATION Introduction aux Systèmes d’Exploitation Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 10
- 11. Quatre Générations d’Ordinateurs 1èreGénération 1938 - 1955 2ème Génération 1955 - 1965 3ème Génération 1965 - 1980 4ème Génération 1980 – Auj. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 11 Historique des Systèmes d’Exploitation
- 12. Quatre Générations d’Ordinateurs 1èreGénération 1938 - 1955 2ème Génération 1955 - 1965 3ème Génération 1965 - 1980 4ème Génération 1980 – Auj. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 12 Historique des Systèmes d’Exploitation • Première génération (1938 – 1955) § Tubes à vide et tableaux d’interrupteurs § Machines énormes remplissant des pièces entières § La même équipe concevait, construisait, programmait, administrait et maintenait la machine § Tout programme était conçu en langage machine (pas de langage abstrait) § Le programme est conçu en basculant des tableaux d’interrupteurs pour contrôler les fonctions de base de la machine § Simples calculs numériques § Pas de système d’exploitation!
- 13. Quatre Générations d’Ordinateurs 1èreGénération 1938 - 1955 2ème Génération 1955 - 1965 3ème Génération 1965 - 1980 4ème Génération 1980 – Auj. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 13 Historique des Systèmes d’Exploitation • Deuxième génération (1955-1965) § Transistors et systèmes par lots § Séparation nette entre concepteurs, constructeurs, programmeurs, opérateurs et personnel de maintenance § Programmes écrits en FORTRAN puis codés sur des cartes perforées § Opérateur humain traite séquentiellement un job et gère la soumission des entrées (lecture des cartes perforées) et sorties (sur imprimante) § Calculs scientifiques et d’ingénierie, résolution d’équations aux dérivées partielles § Systèmes d’exploitation o FMS: Fortran Monitor System o IBYS (IBM)
- 14. Quatre Générations d’Ordinateurs 1èreGénération 1938 - 1955 2ème Génération 1955 - 1965 3ème Génération 1965 - 1980 4ème Génération 1980 – Auj. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 14 Historique des Systèmes d’Exploitation • 3ème génération (1965 – 1980) § Circuits intégrés § Une seule gamme de produits o Début 60, des machines pour E/S (IBM 1401) d’autres pour le calcul (IBM 7094) o Puis des machines avec la même archi. Matérielle et même jeux d’instructions § Multiprogrammation o Plusieurs programmes peuvent tourner en parallèle sur une même machine o Mémoire partagée o Mécanismes de protection § Spool (Simultaneous Peripheral Operation On Line) § Systèmes d’exploitation: MULTICS, DEC PDP, UNIX
- 15. Quatre Générations d’Ordinateurs 1èreGénération 1938 - 1955 2ème Génération 1955 - 1965 3ème Génération 1965 - 1980 4ème Génération 1980 – Auj. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 15 Historique des Systèmes d’Exploitation • Quatrième génération (1980 – Aujourd’hui) § Ordinateurs personnels § Circuits intégrés à haute densité o Puces contenant des milliers de transistors sur 1mm2 de silicium o Micro-ordinateurs, très peu onéreux comparés aux mini-ordinateurs de type PDP-11 § Systèmes d’Exploitation o CP/M, MS-DOS, MAC OS X, Windows, UNIX, Linux…
- 16. Une Cinquième Génération? Dr.Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 16 Historique des Systèmes d’Exploitation • Cinquième génération (Aujourd’hui – Futur) § En développement § Ordinateurs basés sur l’intelligence artificielle § Objectifs: o Développer l’appareil qui pourra répondre correctement au langage naturel et capable d’apprendre et s’organiser lui-même § Utilisation du calcul quantique et des technologies moléculaires et nano
- 17. TYPES DE SYSTÈMES Introductionaux Systèmes d’Exploitation Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 17
- 18. Traitement par Lots(Batch Processing) • Un utilisateur donne plusieurs commandes (Job) dans une queue d’exécution de programmes • Exécution entièrement séquentielle • Certains systèmes utilisent encore ce mode pour faire des traitements lourds pendant la nuit, par exemple Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 18 Types de Systèmes
- 19. Multi-Tâches et Multi-Processeurs •Système multi-tâches § Assurer l’exécution de plusieurs processus en même temps § Chaque processus a besoin du processeur o Situation concurrente o Solution: ordonnancement (scheduling) • Système multi-processeurs § Système avec plusieurs processeurs o Parallèle o Vrai multi-tâche o Doit assurer qu’il y’a l’exécution d’autant de processus que de processeurs en même temps § Au contraire, un système avec un seul processeur o Quasi-parallèle o Doit arrêter et reprendre les différents processus (ordonnancement) Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 19 Types de Systèmes
- 20. Multi-Utilisateurs (Time-Sharing) • Permetà différentes personnes de travailler avec un ordinateur en même temps • Connexion: § Via le terminal de l’ordinateur lui-même § À distance (telenet, ssh, ftp…) • Donner l’impression à chaque utilisateur qu’il est le seul • Exige une gestion des droits § Des fichiers (pour éviter la consultation ou destruction de fichiers privés) § Des processus Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 20 Types de Systèmes
- 21. Systèmes Temps Réels •Dans un système temps réel, le comportement correct du système dépend, non seulement des résultats logiques de traitement, mais aussi du temps auquel ces résultats sont produits • Ses objectifs sont: § Déterminisme logique: les mêmes entrées appliquées au système produisent les mêmes résultats § Déterminisme temporel: respect des contraintes temporelles (échéance) § Fiabilité: le système répond à des contraintes de disponibilité • Un système temps réel n’est pas un système qui “va vite”, mais un système qui satisfait des contraintes temporelles pré-établies. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 21 Types de Systèmes
- 22. Systèmes Répartis (ouDistribués) • Ensemble d’ordinateurs indépendants qui apparaît à un utilisateur comme un système unique et cohérent • “A distributed system is one on which I can’t do my work if some computer, that I never heard of, has failed” [Lamport] • Ensemble d’entités autonomes de calcul (ordinateurs, PDA, processeurs, processus, …) interconnectés et qui peuvent communiquer. Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 22 Types de Systèmes
- 23. Cloud Computing • Appeléeégalement : ”Informatique en nuage” • C’est l'accès via un réseau de télécommunications, à la demande et en libre-service, à des ressources informatiques partagées configurables. • Délocalisation de l’infrastructure informatique • 3 catégories principales § IaaS: Infrastructure as a Service o Offre des machines virtuelles sur lesquelles le consommateur peut installer un système d’exploitation et des applications § PaaS: Platform as a Service o Le fournisseur prend en charge le système d’exploitation et les outils d’infrastructure o Le consommateur contrôle les applications et peut installer ses propres outils § SaaS: Software as a Service o Les applications sont mises à la disposition des consommateurs, grâce à un navigateur web ou installée en local sur leurs ordinateurs Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 23 Types de Systèmes
- 24. EXPLOITATION DE LAMACHINE Introduction aux Systèmes d’Exploitation Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 24
- 25. Virtualisation • Processus quiconsiste à créer une version logicielle (ou virtuelle) d’une entité physique • Peut s’appliquer aux applications, serveurs, stockage ou réseau • Permet de réduire les dépenses informatiques en stimulant l’efficacité et la flexibilité des entreprises de toute taille Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 25 Exploitation de la Machine
- 26. Virtualisation: Principes • Chaqueapplication et système d’exploitation se trouve dans un conteneur logiciel, appelé “machine virtuelle” (ou VM pour Virtual Machine) • Les VM sont complètement isolées, mais les ressources de calcul, les processeurs, le stockage et la mise en réseau sont mis en commun et alloués dynamiquement à chaque VM par un logiciel appelé Hyperviseur • Chaque application reçoit ce dont elle a besoin en termes de ressources • Les serveurs sont ainsi exploités de manière optimale et leur coût chute de manière spectaculaire Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 26 Exploitation de la Machine
- 27. Virtualisation: Avantages • Optimiserl’utilisation de matériel • Minimiser le coût d’achat de matériel, ainsi que le coût des licences • Faciliter et centraliser la maintenance • Centraliser et unifier le contrôle de sécurité • La création des machines virtuelles préconfigurées à la demande permet une meilleure disponibilité • La migration à chaud des VM entre serveurs physiques permet la répartition de la charge de travail Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 27 Exploitation de la Machine
- 28. Modes du Processeur •Le processeur a plusieurs modes d’exécution, au moins un mode superviseur et un mode utilisateur • Mode superviseur/noyau § Mode propre au système d’exploitation, pour réaliser des opérations critiques, appelées instructions privilégiées § Le code en mode noyau a un accès total à la machine (mémoire, instructions, périphériques) • Mode utilisateur/usager § Mode d’exécution des programmes ou applications utilisateur § Mode non privilégié § Le code en mode utilisateur n’a qu’un accès limité à la mémoire et ne peut pas exécuter certaines instructions dangereuses Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 28 Exploitation de la Machine
- 29. Modes du Processeur:Appel Système • Quand un processus usager a besoin d’un service du SE, par ex. E/S, il exécute un appel du système • C’est une instruction qui cause une interruption (trap) et changement de mode (mode superviseur) • Est associée à des paramètres qui indiquent le type de service désiré • Le S/E prend la relève et exécute le service, puis il retourne au processus appelant avec des params qui indiquent le type de résultat • Changement de mode (mode usager) Dr. Ghada GASMI- Dr. Lilia SFAXI Slide 29 Exploitation de la Machine Processus Utilisateur Noyau (Kernel) Exec.processus AppelSystème Retour del’Appel Système Exécutiondel’Appel Système trap Mode Usager Mode Noyau
- 30. Références Dr. Ghada GASMI-Dr. Lilia SFAXI Slide 30 • Mona Laaroussi, Les systèmes d’exploitation, Cours INSAT, 2009 • Laurent Réveillère, Introduction aux Systèmes d’Exploitation, Cours Enseirb-Matmeca Bordeaux, 2013 • Frank Singhoff, Introduction aux systèmes temps réel, Cours Université de Brest. • M. Mosbah, Modèles et Approches Formels pour les Systèmes Distribués, Laboratoire de recherche Labri • Vmware, www.vmware.com, consulté le 17/10/16