Introduction aux systèmes d'exploitation PDF

Année académique : 2024/2025 2IDL - Tétouan Les Systèmes d’exploitation Introduction aux systèmes d’exploitation Pr. Zaynab El Khattabi Introduction aux systèmes d’exploitation Utilisateur Applications Système d’exploitation Matériel  Introd...

Année académique : 2024/2025 2IDL - Tétouan Les Systèmes d’exploitation Introduction aux systèmes d’exploitation Pr. Zaynab El Khattabi Introduction aux systèmes d’exploitation Utilisateur Applications Système d’exploitation Matériel  Introduction aux systèmes d’exploitation ▪ Le programmeur écrit son programme (haut niveau), le charge dans la mémoire principale sous forme d’instructions (bas niveau). ▪ Le processeur lit les instructions du programme et les exécute l’une après l’autre. ▪ Ce programme n’est pas valable pour n’importe quel famille de processeurs. Chaque famille de CPU propose ses propres instructions Introduction aux systèmes d’exploitation Processus 1 Processus 2 Deux problèmes qui se posent: ▪ l’ordre d’exécution des instructions par le processeur. ▪ Gestion des instructions et des données dans la mémoire. Introduction aux systèmes d’exploitation Définition Un système d'exploitation, ou logiciel système ou Operating System (OS), est un: ▪ Logiciel qui, dans un appareil électronique, pilote les dispositifs matériels et reçoit des instructions de l'utilisateur ou d'autres logiciels (ou applications). ▪ Ces logiciels doivent être adaptés à un système d'exploitation. Utilisateur Application Système d’exploitation Matériel informatique Introduction aux systèmes d’exploitation Définition ▪ Un système d’exploitation est un programme ou un ensemble de programmes assurant la gestion de l’ordinateur et des périphériques. ▪ Il sert d’interface entre le matériel (hardware) et le logiciel (software). ▪ Tous les programmeurs utilisent les mêmes fonctions dans leurs programmes sans avoir à écrire des morceaux de programmes pour gérer le disque dur, le son ou comment accéder au clavier. ▪ C’est le rôle du système d’exploitation de gérer : ▪ la mémoire, ▪ les accès aux périphériques, ▪ les données sur les disques, ▪ les programmes, ▪ la sécurité, ▪ la collecte des informations. Introduction aux systèmes d’exploitation Notion de pilote Utilisateur Applications Système d’exploitation Pilote Audio Pilote Vidéo Pilote Souris Pilote Clavier …. Introduction aux systèmes d’exploitation Notion de pilote ▪ Un pilote est un programme qui permet d'assurer la liaison entre un système d'exploitation et un périphérique. ▪ De ce fait, les périphériques et composants d'un ordinateur (une imprimante, une carte son) ont besoin de leur propre pilote pour pouvoir fonctionner. ▪ Les drivers sont développés par les fabricants du matériel auquel ils correspondent.  Introduction aux systèmes d’exploitation Notion de pilote BIOS – Processus de démarrage de l’ordinateur ▪ Pour charger le système d'exploitation on a besoin d'accéder au disque dur. ▪ Le BIOS (Basic Input Output System) agit comme un système d'exploitation au démarrage de l'ordinateur, en permettant aux composants vitaux (carte vidéo, disque dur, lecteur optique, clavier,…) de démarrer grâce à des pilotes standards. Introduction aux systèmes d’exploitation Notion de pilote Le Plug And Play ✓ l'abréviation PnP est également utilisée, qui signifie «connecter et jouer» ou « brancher et utiliser », est une procédure permettant aux périphériques récents d'être reconnus rapidement et automatiquement par le système d'exploitation dès le branchement du matériel, et sans redémarrage de l'ordinateur. Introduction aux systèmes d’exploitation ▪ Un ordinateur se compose de : ▪ Processeur qui exécute plusieurs processus ▪ Mémoire qui conserve les données et programmes en cours d’exécution (processus) ▪ Support de stockage (Disque dur par exemple) ▪ Périphériques(Lecteurs optiques; Imprimante;...) =>> Donc, le système d’exploitation doit gérer tous ces composants et fournir un environnement convivial dans lequel un utilisateur peut facilement élaborer et exécuter des programmes Introduction aux systèmes d’exploitation Exécution et ordonnancement des programmes Interface de Communication entre les programmation programmes d’applications (API) Gestion des droits et accès Kernel Gestion des ressources matériel de Commandes (CMD) (Noyau) l’ordinateur Gestion des périphériques Interface graphique (IHM) Manipulation des systèmes de fichiers Gestion du réseau Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE ▪ La gestion des processus qui correspondent à l’exécution des programmes. ▪ La gestion de la mémoire qui permet de gérer les transferts entre les mémoires principale et secondaire. ▪ Le système de fichiers qui offre à l’utilisateur une vision homogène et structurée des données et des ressources : disques, périphériques. ▪ Les entrées-sorties qui correspondent aux mécanismes qu’utilisent les processus pour communiquer avec l’extérieur. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion des processus: Programme: Ensemble d’instructions écrites en utilisant un langage de programmation Processus: Programme en cours d’exécution ▪ Pour un processus, on parle d’une allocation de ressources nécessaires (mémoire et processeu r) pour son exécution normale. L’ordonnancement des processus: ▪ Détermine qui prend le processeur et pour combien de temps (ou opérations), ainsi que l’ordre de priorité Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion des processus: Les processus sert à faire plusieurs activités ”en même temps”. Exemples: ▪ Faire travailler plusieurs utilisateurs sur la même machine. ▪ Chaque utilisateur a l’impression d’avoir la machine à lui tout seul. ▪ Compiler un programme en lisant son mail ▪ Copier des fichiers en regardant une vidéo. BUT: Partager un (ou plusieurs) processeur entre différents processus. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion des processus: Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion des processus: ▪ Dans les systèmes d'exploitation, l’ordonnanceur désigne le composant du noyau du systè me d'exploitation choisissant l'ordre d'exécution des processus sur les processeurs d'un ord inateur. ▪ L'ordonnanceur est appelé scheduler. ▪ Dans un système multitâche plusieurs processus sont en cours simultanément, mais le processeur ne peut, à un moment donné, exécuter qu’une instruction à la fois. ▪ Le processeur travaille donc en temps partagé. L’ordonnanceur (scheduler) est le module du SE qui s’occupe de sélectionner le processus suivant à exécuter parmi ceux qui sont prêts. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion de la mémoire: Problématique: Saturation de la mémoire (mémoire remplie à 100%). Solution: Echange de la mémoire, on utilise l’extension de la RAM en disque dur. Cette extension s’appelle la mémoire virtuelle Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion de la mémoire: ▪ Lorsqu'un système informatique exécute plusieurs processus simultanément et que la RAM disponible devient insuffisante pour accueillir toutes les données et tous les programmes, le système d'exploitation peut utiliser l'échange de mémoire pour optimiser l'utilisation de la mémoire. ▪ Swapping est une technique utilisée par les systèmes d'exploitation pour gérer les ressources mémoire d'un système informatique. Il s'agit de transférer des données entre la RAM (mémoire vive) de l'ordinateur et le disque dur ou d'autres périphériques de stockage pour libérer de l'espace mémoire pour d'autres processus ou données. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE Gestion de la mémoire: Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: ▪ Le système de fichiers Un système de fichiers est un système de classement, d’organisation sur un support de stockage qui structure et organise l’écriture, la recherche, la lecture, le stockage, la modification et la suppression de fichiers d’une manière spécifique. Il est important que les fichiers puissent être identifiés sans erreurs grâce à leur classification et que les utilisateurs puissent accéder à leurs fichiers le plus rapidement possible. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Le système de fichiers ▪ Il existe aujourd‘hui un certain nombre de systèmes de fichiers. ▪ Actuellement, les systèmes les plus courants sont FAT16, FAT32, exFAT et NTFS (Windows) ainsi que HFS+ et APFS (macOS/Mac OS X). Linux utilise actuellement ext4 (successeur de ext3 et ext2) entre autres. ▪ Malgré certaines similitudes, les systèmes de fichiers ne sont généralement pas compatibles entre eux. ▪ Si vous connectez un disque dur mobile avec APFS (Apple File System depuis 2017) à un ordinateur Windows, vous ne parviendrez pas à le faire fonctionner. ▪ Les systèmes de fichiers utilisés sous Linux ne sont pas directement pris en charge par d’autres systèmes d’exploitation.  Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: ▪ Le système de fichiers Le système de fichier définit également la manière dont les données sont écrites physiquement sur le support. Chaque disque est constitué de secteurs qui form ent des blocs de stockage d’une taille spécifique. Chaque fichier stocké occupera donc un bloc ou chevauchera plusieurs blocs selon sa taille Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: ▪ La notion d’unité d’allocation (cluster) ✓ La plus petite partie physique constituant un support de stockage est appelée secteur (512 octets pour la plupart des disques durs). ✓ Plusieurs secteurs peuvent être regroupés par un système de fichiers pour former un bloc de stockage (cluster en anglais). ✓ Un cluster est donc la plus petite unité d’allocation imposée par un système de fichier et qui est d’une taille plus grande qu’un secteur puisqu’il en regroupe plusieurs. ✓ Il est possible de définir la taille d’une unité d’allocation pendant le formatage Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: ▪ La notion d’unité d’allocation (cluster) ▪ Par exemple, pour une unité d’allocation dont la taille est de 4 096 octets (4 ko), il faudra 3 unités (12 ko au total) pour stocker un fichier d’une taille de 10 ko. Les 2 ko restants sur le dernier bloc seront donc perdus puisque ne pouvant être occupés par un autre fichier. Plus précisément, notre fichier de 10 ko pèsera donc au final 12 ko. ▪ Le choix de la taille d’une unité d’allocation est donc important car, plus elle est grande, plus la perte d’espace est importante quand un fichier ne remplit pas l’intégralité du dernier bloc occupé. L’espace perdu est donc compris dans le poids du fichier. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Windows ▪ FAT32 ▪ Utilisation: ▪ Les supports de données mobiles (clés USB). ▪ Les disques dur externes ou les cartes mémoires et la plupart des périphériques, dans la mesure où vous n'avez pas besoin d'utiliser de fichiers plus gros que 4 Go. ▪ Systèmes d’exploitation: ▪ Windows - Mac OS X/macOS - Linux (installer les pilotes si nécessaire) ▪ Caractéristiques: ▪ La taille minimale d’une unité d’allocation est de 4 ko avec le FAT32, contre 512 octets avec le NTFS. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Windows ▪ NTFS ▪ Utilisation ▪ Les disques durs internes et externes ▪ Systèmes d’exploitation ▪ Windows ▪ Mac OS X/macOS (support complet uniquement avec un outil supplémentaire), Mac ne peut que lire les partitions NTFS. ▪ Linux (après l'installation des pilotes) ▪ Caractéristiques ▪ spécialisé pour les fichiers volumineux et les grandes capacités de stockage ▪ protection contre la perte et la modification des données, possibilité de chiffrement des données ▪ Possibilité de compression des données, haute performance avec de grands supports de données Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Windows ▪ ExFAT ▪ Utilisation ▪ Les clés USB, les cartes mémoire et les disques durs externes, surtout si vous vous souhaitez pouvoir manipuler des fichiers de plus de 4Go. ▪ Systèmes d’exploitation ▪ Fonctionne avec toutes les versions de Windows depuis WindowsXP et MacOS. ▪ Fonctionne avec Linux après avoir installé les paquets exFAT.. ▪ Caractéristiques ▪ Idéal pour les petites mémoires flash à partir de 32 Go (clés USB, cartes SD) ▪ Tailles et partitions non limitées ▪ Taille maximale du fichier : 512 téraoctets Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Linux ▪ Ext2 ▪ Il s'agit du premier système de fichiers par défaut de nombreuses distribution Linux comme RedHat et Debian. ▪ La taille maximale d'un fichier individuel peut être de 16 Go à 2 To. ▪ La taille globale d'un système de fichier de la partition peut être de 2 To à 32 To. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Linux ▪ Ext3 ▪ Systèmes d’exploitation: ▪ Linux ▪ Windows (uniquement avec un outil supplémentaire) ▪ Mac OS X/macOS (uniquement avec un outil supplémentaire) ▪ Caractéristiques: ▪ La taille maximal d'un fichier individuel peut être de 16 Go à 2 To. ▪ Un répertoire peut contenir un maximum 32000 sous-répertoire. ▪ La taille globale d'un système de fichier de la partition peut être de 2 To à 32 To Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour Linux ▪ Ext4 ▪ Systèmes d’exploitation: ▪ Linux ▪ Windows (uniquement avec un outil supplémentaire) ▪ Mac OS X/macOS (uniquement avec un outil supplémentaire) ▪ Caractéristiques: ▪ La taille maximale d'un fichier individuel peut être de 16 Go à 16To. ▪ La taille globale d'un système de fichier de la partition peut être de 1024Po(1048576To). ▪ Un répertoire peut contenir un maximum 64000 sous-répertoire. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: Types des systèmes de fichiers pour MAC OS ▪ APFS ▪ Utilisation: ▪ Disques SSD ▪ Systèmes d’exploitation: ▪ macOS (Standard à partir de la version 10.13, High Sierra) ▪ Logiciels supplémentaires à utiliser avec les anciens systèmes d'exploitation Mac OS et Windows. ▪ Caractéristiques: ▪ clones de fichiers: sur APFS,la copie d'un fichier sur le même volume ne duplique pas les données, mais se limite à mettre à jour les métadonnées pour indiquer l'existence du fichier clone. ▪ instantanés (snapshots): APFS a la capacité de prendre un instantanée du système de fichiers, c'est-à-dire une copie figée en lecture seule de ce système de fichiers. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: la défragmentation ▪ La taille réelle d’un fichier est inférieure à sa taille de stockage ▪ Dans quelques blocs(unité de stockage), on trouve un espace libre et non utilisable. ▪ En outre les blocs d’un fichier ne se trouvent pas forcément l’un à coté de l’autre. F1 F1 F2 F1 F1 F1 F3 F3 F2 F1 ▪ La suppression du fichier 2 entraine à la situation suivante: F1 F1 F1 F1 F1 F3 F3 F1 ▪ Le parcours des blocs vides entraine à une perte de temps lors d’une recherche séquentielle. Introduction aux systèmes d’exploitation Rôles du SE La gestion du disque: la défragmentation ▪ La défragmentation consiste à regrouper les blocs du même fichier ensemble et de mettre les blocs non alloués à la fin. ▪ Parcours lent: F1 F1 F1 F1 F1 F3 F3 F1 ▪ Parcours rapide: F1 F1 F1 F1 F1 F1 F3 F3 Introduction aux systèmes d’exploitation La virtualisation C’est quoi la virtualisation? ▪ La virtualisation est une technologie qui vous permet de créer plusieurs environnements simulés ou ressources dédiées à partir d'un seul système physique. ▪ Son logiciel, appelé hyperviseur, est directement relié au matériel et permet de fragmenter le système unique en plusieurs environnements sécurisés distincts. ▪ Grâce aux différentes technologies de virtualisation, il est possible de lancer plusieurs systèmes d'exploitation en même temps sur le même ordinateur. ▪ Le matériel physique doté d'un hyperviseur est appelé « hôte », tandis que toutes les machines virtuelles qui utilisent ses ressources sont appelées « invités ». ▪ Ces invités traitent les ressources de calcul (telles que le processeur, la mémoire et le stockage) à la manière d'un pool de ressources qui peut être déplacé sans difficulté. Introduction aux systèmes d’exploitation La virtualisation OS Machine virtuelle: ▪ Possibilité de mettre plusieurs OS sur une machine physique. ▪ Le moniteur de machine virtuelle (hyperviseur) intercepte les instructions privilégiées envoyées par l’OS invité, les vérifie (politique de sécurité) et les exécute. ▪ XEN, VMWare, QEMU, etc. Introduction aux systèmes d’exploitation La virtualisation Comment ça marche? ▪ installer un logiciel spécial sur un serveur physique ▪ Les éditeurs les plus connus étant : VMWare avec VSphere, et Microsoft avec son système Hyper-V. ▪ Ce logiciel va faire croire aux autres systèmes qu’ils fonctionnent sur des machines physiques, en leur mettant à disposition : RAM, puissance CPU, de l’espace disque, une ou plusieurs cartes réseaux, … Introduction aux systèmes d’exploitation La virtualisation Définition d’hyperviseur la plateforme mettant à disposition des machines virtuelles (celles-ci peut être constitué ou non d’ordinateur physiques mais constitué du matériel, de l’OS et du logiciel d’hypervision. ▪ En virtualisant, un serveur (physique) sera plus sollicité car il répondra à plus de requêtes en même temps (requêtes traitées par les serveurs virtuels). ▪ On pourrait se dire que le serveur (physique) ne pourra pas répondre à toutes les requêtes en même temps. C’est partiellement vrai! ▪ Il ne peut pas répondre à toutes les requêtes en même temps, mais les serveurs récents étant constitués de plusieurs cœurs chacun pouvant traiter ses propres opérations, il y répondra en même temps en attribuant le travail à chacun de ses cœurs. ▪ Pour celles qu’il ne peut pas traiter en même temps, il y répondra si vite qu’on aura l’impression qu’il a répondu en même temps que les autres.