Cours SE

SYSTÈME D’EXPLOITATION
AU : 2019 - 2020
DR. SAHBI ZAHAF
Auditoires : 1ère SE- 1ère IRS

20/10/2019 Cours Système d'Exploitation 2
20/10/2019 2
20/10/2019 2
CONTEXTE GÉNÉRAL
• Matière
– Système d’Exploitation (SE)
– Operating System (OS)
• Objectif de ce cours
– Présenter les concepts fondamentaux des
Systèmes d’Exploitation
•Concepts de Bases (Semestre 1)
•Applications de ces concepts (Semestre 2)

PLAN DU COURS
• Introduction Générale
• Chapitre 1 : Concepts de Base
• Chapitre 2 : Étude de l’architecture interne d’un Processeur
vision exécution des instructions
• Chapitre 3 : Gestion des Entrées / Sorties (E/S)
• Chapitre 4 : Étude des concepts de base de la
Programmation vision exécution des instructions
• Chapitre 5 : Système d’Exploitation
• Chapitre 6 : Gestion des Ressources & Ordonnancement des
Processus
• Chapitre 7 : Interblocages des Processus
• Chapitre 8 : Synchronisation entre Processus Concurrents :
la gestion des ressources critiques
• Conclusion Générale

20/10/2019
INTRODUCTION GÉNÉRALE
DR. SAHBI ZAHAF
A.U : 2019 - 2020

QUESTION
Expliquez les mots suivants : Informatique,
Ordinateur et Système d’Exploitation ?

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INTRODUCTION
• Informatique (information + automatique)
– Le traitement automatique de l’information est
réalisé à l’aide de programmes (logiciels) qui sont
exécutés sur ordinateur.
• Ordinateur
– Une machine électronique qui reçoit des données et
produit des résultats. C’est en fait l’outil qui permet
d’exécuter les opérations de traitement
• Système d’Exploitation
– Un ensemble de programmes qui permettent
d’exploiter les ressources matérielles d’un ordinateur

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ORDINATEUR
• Définition
– Ensemble de composants électroniques
capables de faire fonctionner des
programmes informatiques.
• Architecture
– Matérielle (hardware)
• Architecture des ordinateurs
• Composants électroniques
– Logicielle (software)
• Système d’exploitation
• Ensemble de logiciels
• Catégories
– Ordinateurs centraux
– Ordinateurs personnels
• Ordinateurs de bureau
• Ordinateurs portables
– Ordinateurs de poches

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1
1 Carte Mère
2 Processeur
3 RAM
4 Disque Dur
5 Alimentation
6 Carte Graphique
7 Graveur DVD
8 Carte Son
2
3
4
5
6
7
8

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ARCHITECTURE DE L’ORDINATEUR
Unité Centrale
Périphériques
d’entrée
Périphériques
de sortie
Clavier
Souris
Scanner
Écran
Imprimante
Haut-parleur
Disque
Dur
CD
Flash
Disque
Périphériques de stockage
Carte Mère
ROM
RAM
Mémoires
Microprocesseur

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PÉRIPHÉRIQUES
• Définition d’un Périphérique
– Matériel électronique pouvant être raccordé à un ordinateur
par l’intermédiaire de l’une de ses interfaces d’E/S : port série,
port parallèle, bus USB, etc.
• Périphériques d’entrée
– Capables uniquement d’envoyer des informations à
l’ordinateur
• Clavier, souris, scanner, microphone, caméra numérique, etc.
• Périphériques de sortie
– Ecran (moniteur), imprimante, hauts parleurs, etc.
• Périphériques d’E/S (les périphériques de stockage)
– Reçoivent de l’information, peuvent la stocker et aussi la
restituer
• Disque dur, lecteur disquette, CD, DVD, clé USB, modem

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CARTE MÈRE (CM) : COMPOSANT
PRINCIPAL DE L’ORDINATEUR

CARTE MÈRE : DÉCRYPTAGE
Processeurs
Port AGP
Port PCI
Connecteurs
IDE
RAM
Pile CMOS
BIOS
Chipset
Pont Nord
Chipset
Pont Sud

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BUS SUR LA CARTE MÈRE

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BUS VS CHIPSET
• Chipset
– élément chargé d’aiguiller les
informations entre les différents
bus de l’ordinateur afin de
permettre à tous les composants de
l’ordinateur de communiquer entre
eux
• Deux chipsets sur la carte mère :
– Pont Nord
• Contrôle l’échange d’informations
entre le processeur, la RAM et la
carte graphique
• Contrôle le fonctionnement du
chipset pond sud
– Pond Sud
• Contrôle l’échange d’informations
entre les autres périphériques d’E/S
(carte réseau, disque dur, etc.)

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COMPOSANTS DE CM ET BUS
• Les composants électroniques de la carte mère
(microprocesseur, mémoires) sont reliés par les
connexion du circuit imprimé (Bus).
– Rôle d’un bus : Permet de transférer des données entre la carte
mère et les périphériques qui s’y connectent

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Carte Graphique Carte Son Carte Réseau
Bloc d’alimentation RAM
Microprocesseur

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CONNECTEURS

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20/10/2019 19
CARTE MÈRE (MOTHERBOARD)
• La carte mère sert à interconnecter tous les composants
par l’intermédiaire de circuits imprimés (Bus). Il y a
obligatoirement :
– Des connecteurs pour l’alimentation électrique.
– Le support du processeur (socket).
– Les emplacements de la mémoire vive ou la RAM (memory
slot).
– Une petite mémoire conservant certaines informations
importantes ou ROM.
– Les bus système internes qui relient les différents chipset.
– Les connecteurs d‘Entrée/Sortie : ports USB, port parallèle, etc.
– Les connecteurs d’extension :
• Port PCI (Peripheral Component Interconnect) pour
permettre le branchement des cartes spécifiques
d’extension.
• Port AGP (Accelerated Graphics Port) pour permettre le
branchement de la carte graphique.
– Les connecteurs IDE pour la connexion de périphériques de
stockage (Disque Dur).

DÉMARRAGE D’UN ORDINATEUR
• Le démarrage se passe en 2 phases :
– Lancement du BIOS (vérification du bon
fonctionnement du matériel)
• Cette phase peut être masquée par
– l’apparition sur l’écran d’une image
– ou d’un logo du fabricant
• Le Basic Input Output System ou BIOS est un programme
contenu dans la ROM de la carte mère s'exécutant au
démarrage de l'ordinateur.
– Il a pour but de vérifier le bon fonctionnement de l’ordinateur et de
tous ses périphériques
– Par la suite, il permet de déclencher le système d’exploitation
– Chargement du système d’exploitation (Windows,
MacOS, Linux,…)
• Système d’exploitation (Operating System) : Ensemble de
programmes permettant à l’utilisateur d’exploiter les
ressources matérielles de l’ordinateur
– Exemples : Windows (9x, XP, Vista), Unix/Linux

QUELQUES SYSTÈMES D’EXPLOITATION
MACOS
Linux
OS-9
SunOS
Precise/MQX

20/10/2019
CHAPITRE 1 : CONCEPTS DE BASES
DR. SAHBI ZAHAF
A.U : 2019 - 2020

FONCTIONNEMENT DES COMPOSANTS
ESSENTIELS DE LA CARTE MÈRE
Carte Mère
ROM
RAM
Mémoires
Processeur

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PROCESSEUR
• Processeur = CPU (Central Processing Unit)
• Cerveau de l’ordinateur cadencé au rythme d’une horloge
interne
– Circuit chargé de la synchronisation des signaux du système
– Exemple : un ordinateur à 200 MHz possède une horloge
envoyant 200 millions de battement par seconde
– À chaque top d’horloge le processeur exécute une action
correspondant à une instruction ou une partie d’instruction
– Le CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre
moyen de cycles d’horloge nécessaire à l’exécution d’une
instruction
– La puissance du processeur = nombre d’instruction qu’il est
capable de traiter par seconde en MIPS (Millions d’Instructions
Par seconde)
CPI
Puissance
processeur
du
Fréquence


CRITÈRES DE CHOIX D’UN
PROCESSEUR
• Fréquence (Vitesse d’exécution)
– S’exprime en Ghz (Giga hertz)
• RAM (Capacité de la mémoire Vive)
– S’exprime en Go (Giga octet)
• Fabricants
– Intel : PENTIUM/CELERON
– AMD : DURON/ATHLON/SEMPRON
– Motorola : POWER PC
– Etc.

RANDOM ACCESS MEMORY
(RAM)
• Mémoire Vive ou Mémoire Système ou
Mémoire Volatile ou Mémoire Centrale
• Permet de mémoriser temporairement les
données lors de l’exécution des programmes
• Caractéristiques
– Sa rapidité d’accès, qui est essentielle pour fournir
rapidement les données au processeur
• Reliée directement au Chipset Pond Nord
– Sa volatilité, qui implique que toutes les données de
cette mémoire sont perdues dès que l’ordinateur soit
éteint.

READ ONLY MEMORY (ROM)
• Mémoire Morte ou Mémoire non Volatile
• La ROM sert à gérer des informations et à les
conserver même lorsque l’ordinateur est éteint
• La ROM est gérée par le fabricant (on peut la
lire, mais pas y écrire)
• Dans la ROM on trouve :
– La pile CMOS (Complementary Metal-Oxyde
Semiconductor)
• Circuit électronique qui conserve certaines informations sur
le système (i.e. l’heure, la date système, etc.)
– Le BIOS (Basic Input Output System)
• Un programme basique s’exécutant au démarrage de
l'ordinateur
• BIOS permet de vérifier le bon fonctionnement de tous les
périphériques de l’ordinateur à travers leurs pilotes et de
déclencher par la suite le Système d’Exploitation

ALGORITHME VS PROGRAMME VS
PROCESSUS VS INSTRUCTION

PROGRAMME & INSTRUCTION
PROGRAM cercle (input,output) ;
VAR perimetre,diametre : REAL ;
BEGIN
readln(diametre) ;
perimetre := 3.141592 * diametre ;
writeln(diametre,perimetre) ;
END.
;
;
;
;
;
;
;
:
:
Programme écrit en Pascal Programme √ langage
Instruction
Un programme est une suite d’instructions

Résolution d'une équation de second degré : ax²+bx+c=0
Δ = b² - 4ac
Si Δ > 0 Alors il y a deux solutions : x1 = (-b-√Δ)/2a et x2= (-b+√Δ)/2a
Si Δ = 0 Alors il y a une seule solution x= -b/2a
Si Δ < 0 Alors il n'y a pas de solution.
Résolution d’une équation de second degré : ax²+bx+c=0
Algorithmique
Apprendre la syntaxe d’un langage de programmation :
C, Java, C++, Pascal, Ada, etc.
Programmation
Dans notre exemple, on va réaliser un Programme P qui calcule la
résolution d’une équation de second degré : P(a, b, c)  Résultat
Un algorithme est une recette qui permet de résoudre
un problème spécifique de manière systématique
Plusieurs programmes peuvent correspondre
au même algorithme
Un langage de programmation est un moyen formel
d’écrire un algorithme pour le communiquer à une machine

Programme qui
calcule la résolution
d’une équation de 2nd
degré : P (a, b, c)
a
b
c
Résultat
Boite Noire
Le Processeur va exécuter un programme
avec des données spécifiques
Chargement du (programme + données)
dans la RAM
P
a = 2
b = 0
c = 3
Δ < 0
(pas de solution)
P
a = 2
b = 4
c = 2
Δ = 0
(x= -b/2a=-4/2*2=-1)
P
a = 2
b = 8
c = 2
Δ > 0
(x1= … ; x2=…) Objectif d’un Programme
≡ Réutilisation

void equation_second_degré (int a, int b, int c)
{
int delta, x1, x2;
delta = b*b - 4*a*c;
if (delta < 0)
{
printf("il n'y a pas de solution");
}
if (delta == 0)
{
x1 = x2 = -b / (2*a) ;
printf("il y a une seule solution", x1) ;
}
if (delta > 0)
{
x1 = (-b + sqrt(delta))/ (2*a) ;
x2 = (-b - sqrt(delta))/ (2*a) ;
printf("il y a deux solutions", x1, x2) ;
}
}
32
Exemple d’un programme
en C Pour la résolution
de l’équation de 2nd degré
Instruction
N’est pas une Instruction
(≈ Partie d’instruction)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
Static void main()
{
equation_second_degré (2,0,3) ;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
Static void main()
{
equation_second_degré (2,8,2) ;
}
Exemples d’exécution
…………..

NOTION DE PROGRAMME (1)
• Programme
– Décrit une logique de résolution d’un
problème
•Problème  Algorithme  Programme
– Écrit dans un langage bien défini
– Partie Syntaxique (Forme, vocabulaire)
•Dépend du langage
•Doit être respectée sinon erreurs
•Programme = Donné + Instructions

NOTION DE PROGRAMME (2)
• Programme (suite)
– Partie Sémantique
•Définit la logique de résolution
– Ce que fait le programme
– Peut ne pas donner le résultat attendu
•Précise l’ordre d’exécution des instructions
•Exécution Séquentielle
– Exécuter l’instruction de rang i (dans la séquence) que si
l’instruction de rang (i-1) a été exécutée correctement
(terminée sans erreurs)

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36
FONCTIONNEMENT DU PROCESSEUR
• Le Processeur exécute tous les Processus
(Utilisateurs + Systèmes), il s’appuie sur
la RAM (Random Access Memory) pour
stocker momentanément les travaux en
cours d’utilisation (de traitement).

PROCESSUS (1)
• Présentation
– Abstraction de l’exécution d’un programme par un
processeur
• Processus (Programme en cours d’exécution) : Entité dynamique
– Évolue dans le temps
» Passe d’un état initial à un état final
• Programme : Entité statique
– N’évolue pas dans le temps
» Son état (contenu) ne change pas
• Création de processus s’effectue par le lancement d’un
programme
– Processus Systèmes
• Lancés automatiquement par le Système d’Exploitation
– Processus Utilisateurs
• Lancés explicitement par l’utilisateur qui doit cliquer sur l’icône
d’un programme

PROCESSUS (2)
• Point de vue utilisateur
– Lancer un programme exécutable
•Système crée un processus et gère son évolution
– Possibilités de suivre un processus
•Connaître son état
– Prêt, Actif, Bloqué, Arrêté.
•Agir sur le processus
– L’arrêter définitivement (Tuer le processus)
– Le suspendre puis le reprendre

PROCESSUS (3)
• Point de vue Système d’Exploitation
– Espace d’adressage
•Partie(s) de la Mémoire Centrale (RAM) dans
laquelle le Système a chargé le code (instructions)
et les données du processus
– État interne du processus
– Process Control Block : PCB du processus.
– L’utilisateur peut agir sur certains éléments de cet état
interne (exemple : arrêter le processus)

EXÉCUTION DES PROCESSUS

Processus Systèmes
RAM
Processus
en cours d’exécution
Processus
Actif
PROCESSEUR
Processus Systèmes
L’utilisateur a démarré son
ordinateur sans lancer aucune
application (Programme Utilisateurs)
Le SE qui se charge de démarrer
les Programmes Systèmes

P1.exe
Processus Systèmes
….
RAM
Processus
Processus
Actif
PROCESSEUR
Processus : P 1
Processus Systèmes
L’utilisateur a démarré
Le Programme P1
Le Programme P1 possède un espace
d’adressage dans la RAM
11
12
13
14
15
16
.
.
1x

Processus Systèmes
….
RAM
Processus
Processus
Actif
PROCESSEUR
Processus : P 1
Processus Systèmes
L’utilisateur a démarré
Le Programme P1
Chaque instruction de P1 possède
une adresse unique dans la RAM
11
12
13
14
15
16
.
.
1x
11 12 1x

P1.exe
Processus Systèmes
….
RAM
Processus
Processus
Actif
PROCESSEUR
Processus : P 1
P1
L’utilisateur utilise
Le Programme P1
L’espace de P1 dans
la RAM augmente
11
12
13
14
15
16
.
.
1x
……………….

Processus Systèmes
….
RAM
Processus : P 1
Est-ce que l’utilisateur va démarré uniquement le Programme P1 ?
Chaque instruction de
Chaque Pi possède une
adresse unique dans
la RAM
11
12
13
14
15
16
.
.
1x
11 12 1x
Processus : P 2
21
22
23
24
25
26
.
.
2x
Processus : P n
n1
n2
n3
n4
n5
n6
.
.
nx
21 2x n1 nx
…
… …

Mspaint.exe
Calc.exe
Winword.exe
….
RAM
Processus
Processus
Actif
PROCESSEUR
Processus Systèmes
Processus Systèmes

Mspaint.exe
Calc.exe
Winword.exe
….
RAM
Processus
Actif
PROCESSEUR
Mspaint.exe
Utilisation de Mspaint.exe
Augmentation de l’espace
de Mspaint.exe dans la RAM
Processus
Processus Systèmes

Mspaint.exe
Calc.exe
Winword.exe
….
RAM
Processus
Actif
PROCESSEUR
Winword.exe
Suspension de Mspaint.exe
Augmentation de l’espace
de Winword.exe dans la RAM
Utilisation de Winword.exe
Processus
Processus Systèmes

Mspaint.exe
Calc.exe
Winword.exe
RAM
Processus
Actif
PROCESSEUR
Winword.exe
Processus
Processus Systèmes
Avec un seul processeur, est ce qu’on peut utiliser (état actif)
Word et Calculatrice en même temps (à un instant donné) ?
Calc.exe
Non, avec un seul processeur, on ne peut exécuter à un instant donnée que
les instructions (état actif) d’un seul processus (on peut exécuter soit Word
soit la Calculatrice mais pas les 2 en même temps (à un instant donné)

P2.exe
P3.exe
P1.exe
RAM
Processus
Actif
P1.exe
Processus
Processus Systèmes
P2.exe
D’une manière générale, avec un seul processeur, on ne peut exécuter à un
instant donnée que les instructions (état actif) d’un seul processus mais
pas les 2 en même temps (à un instant donné)
PROCESSEUR

P2.exe
P3.exe
P1.exe
RAM
Processus
Actif P1.exe
Processus
Processus Systèmes
PROCESSEUR 1
Avec deux processeurs, est ce qu’on peut exécuter (état actif)
P1 et P2 en même temps (à un instant donné) ?
P2.exe
PROCESSEUR 2
Réponse : Tout dépend de leurs utilisations des Ressources

Processus
Actif Winword.exe
PROCESSEUR 1
Dans un ordinateur avec deux processeurs, est ce qu’on peut exécuter (état
actif) Winword.exe et Calc.exe en même temps (à un instant donné) ?
Calc.exe
PROCESSEUR 2
Mspaint.exe
Calc.exe
Winword.exe
RAM
Processus
Processus Systèmes
Non, même avec 2 processeurs, on ne peut exécuter à un instant donnée
Word et la Calculatrice car ces 2 processus doivent accéder aux mêmes
instances de ressources (clavier et souris) en même temps

P2
P1
Réseau
2 ordinateurs dans un réseau  2 processeurs  On peut exécuter 2 processus
Question : Est-ce que les 2 ordinateurs peuvent imprimer en même temps ?
Non, car on a 1 seule imprimante  1 seul processus peut accéder
à l’imprimante à un instant donnée

P2.exe
P3.exe
P1.exe
RAM
Processus
Actif P1.exe
Processus
Processus Systèmes
PROCESSEUR 1
P2.exe
PROCESSEUR 2
D’une manière générale, avec 2 processeurs, on peut exécuter à un
instant donnée les instructions (état actif) de deux processus P1 et P2
à condition qu’ils n’accèdent pas aux mêmes instances de ressources
en même temps

P2.exe
Pn.exe
P1.exe
RAM
P1.exe
Processus
Processus Systèmes
PROCESSEUR 1
D’une manière générale, avec n processeurs, on peut exécuter à un
instant donnée les instructions (état actif) de n processus P1, P2,…, Pn à
condition qu’ils n’accèdent pas aux mêmes instances de ressources en
même temps
P2.exe
PROCESSEUR 2
Pn.exe
PROCESSEUR n
….
Processus
Actif

P2.exe
P1.exe
RAM
Processus
Processus Systèmes
Processus
Actif
PROCESSEUR
P1.exe
Comment un seul processeur peut satisfaire l’exécution de plusieurs
processus (P1, P2, … ,Pn ) ?
Réponse : En utilisant la technique d’interruption
Pn.exe

;
;
;
;
;
;
;
Processus P
:
:
11
12
13
14
15
16
;
;
;
;
;
;
;
Processus Q
:
:
21
22
23
24
25
26
Interruption 1
Interruption 2
Interruption 3
1
2
3
4
1 Seul Processeur
1n 2n

EXÉCUTION AVEC INTERRUPTION DE DEUX
PROGRAMME P ET Q PAR UN SEUL PROCESSEUR
P P P P P
Q Q Q Q
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9
Processus Actif
Temps
À un instant précis, le
processeur ne peut
exécuter que P ou bien Q,
mais pas les 2 en même temps
Sur une période de temps
très réduite T : (t9 = t1+ε),
le processeur peut exécuter P et Q
Tellement c’est rapide on a l’impression que les 2 programmes s’exécutent en même
temps. Or, ce n’est pas vrai (Par analogie, à la lumière est alternative et non continue)
C’est du Quasi-Parallélisme
D’une manière générale, un seul processeur peut exécuter
plusieurs processus différents sur une période T très réduite de temps
T

CHANGEMENT DE CONTEXTE ENTRE
PROCESSUS (AVEC 1 SEUL PROCESSEUR)
Processus P Processus Q
Système d’Exploitation
Sauvegarde l’état dans le PCB (P)
Recharge l’état de PCB (Q)
Sauvegarde l’état dans le PCB (Q)
Recharge l’état de PCB(P)
P actif
P inactif
Q actif
Q inactif
Q inactif
1 Seul Processeur

PCB D’UN PROCESSUS
• Le Système d’Exploitation gère les processus à
travers un ensemble d’informations enregistrées
dans des tables PCB (Process Control Block)
• PCB décrit les caractéristiques des processus :
– Un identificateur (PID) unique du processus
– Un état qui peut prendre plusieurs valeurs en
fonction de la progression des processus.
– Un Compteur Ordinal (CO) permettant d’identifier
la prochaine instruction à exécuter
– Des registres CPU sauvegardant des données
relatives aux processus

ÉTATS D’UN PROCESSUS
• Lors de son exécution, un processus est
caractérisé par un état
Nouveau
Prêt /
Ready
Actif /
Running
Bloqué /
Wait
Terminé
Chargement
Allocation
Interruption
Fin
Début E/S ou arrivé
d’un Événement x
Fin E/S ou fin
de l’Événement x

R
P2
P2
P1
Réseau
P1
;
;
;
;
;
;
;
:
:
Processus P1
;
;
;
;
;
;
;
:
:
Processus P2
Imprimer () ;
……………………...
……………………...
Imprimer () ;
……………………... ……………………...
……………………...
……………………...
……………………...
P1 est bloqué
car P2 utilise
encore
l’imprimante

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