Cours Systèmes D'exploitation Pour L'Embarqué (Licence EEA 3) 2024-2025 PDF

COURS SYSTÈMES D’EXPLOITATION POUR L’EMBARQUÉ Licence EEA 3 : Systèmes Embarqués (SE) 2024-2025 Mme Soulef BOUAAFIA CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Plan :  Vocabulaire...

COURS SYSTÈMES D’EXPLOITATION POUR L’EMBARQUÉ Licence EEA 3 : Systèmes Embarqués (SE) 2024-2025 Mme Soulef BOUAAFIA CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Plan :  Vocabulaire  Qu'est-ce qu'un système d'exploitation?  Quelques définitions  Différents systèmes d’exploitation  Un peu d’histoire : Unix ………….. Nouvelles distributions Linux  Les distributions linux les plus populaires 2 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Vocabulaire ◾ Système d'exploitation : Un système d'exploitation est le support qui permet de faire la liaison entre l'utilisateur, une application et l'hardware de l'ordinateur. ◾ Micro-ordinateur : Petit ordinateur dont l'unité centrale et la mémoire sont miniaturisées dans un microprocesseur. ◾ Logiciel : Un logiciel est un programme conçu dans le but d'effectuer une action particulière. 3 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Vocabulaire ◾ Hardware : Composantes matérielles d'un ordinateur. ◾ Noyau (Kernel): C'est un espace mémoire contenant les données principales du système d'exploitation. 4 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Qu'est-ce qu'un système d'exploitation? Un chef d’orchestre 7  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Qu'est-ce qu'un système d'exploitation? Définition «formelle» Définition : Un Système d’Exploitation (S.E.) (ou Operating System: OS) est une machine abstraite conçue pour faciliter l’exploitation du matériel (pilotes de périphériques) ou pour arbitrer l’accès au matériel par les utilisateurs. Généralement composé d’un noyau et d’un ensemble d'outils système (programmes ), le S.E. permet de développer des applications portables, qui ne sont pas spécifiques à un ordinateur ou un système donné. 6  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Qu'est-ce qu'un système d'exploitation? Définition «pratique» ◾ Ensemble de programmes nécessaires au fonctionnement de l’ordinateur, indépendant des programmes d’applications mais indispensable à leur mise en œuvre. ◾ Chargé en mémoire centrale au démarrage ◾ Fonctions: ◾ Gestion des ressources (mémoire…) ◾ Gestion des entrées-sorties ◾ Gestion des fichiers ◾ Gestion des programmes ◾ Assurer l’interface avec l’utilisateur 7 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Périphériques d’entrée Contrôleurs Mémoire centrale Mémoire centrale Stockage U.C. Périphériques de sortie Niveau Matériel 8 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Périphériques d’entrée Contrôleurs (Pilotes) Mémoire centrale Mémoire centrale Stockage Système d’exploitation U.C. Fichiers Périphériques de sortie Niveau Matériel + SE 11 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Périphériques d’entrée Contrôleurs (Pilotes) Mémoire centrale Mémoire centrale Stockage Système d’exploitation U.C. Programmes Données Fichiers Niveau Matériel + SE + Programmes Périphériques de sortie 10 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Quelques définitions ◾ Noyau ◾ Systèmes Multi-tâches ◾ Systèmes Multi-utilisateurs ◾ Systèmes Multi-processeurs ◾ Systèmes temps réel 11 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION LE NOYAU (KERNEL en anglais) Les fonctions principales du noyau sont : ◾ L’allocateur (dispatcher) du CPU : répartition du temps disponible de l’unité de traitement entre les différents processus. ◾ La gestion des interruptions : détermination de la source de l’interruption et activation de la procédure de service correspondante. ◾ Le support de l’environnement des processus : synchronisation des processus. 12  CH A PI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES MULTI-TACHE (MULTITASKING) ◾ Assurer l'éxécution de plusieurs programmes en meme temps (c-à-d. plusieurs processus) ◾ Chaque processus a besoin du processeur o Situation concurrente: La concurrence survient lorsque plusieurs processus s’exécutent simultanément et accèdent aux ressources de l’ordinateur. Conflits d’accès : Deux processus peuvent tenter de modifier la même donnée en même temps, entraînant des erreurs. Conditions de compétition : La sortie d’un processus peut dépendre de l’état d'un autre, entraînant des résultats imprévisibles si les processus ne sont pas synchronisés. 13  CH A PI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES MULTI-TACHE (MULTITASKING) ◾ Assurer l'éxécution de plusieurs programmes en meme temps (c-à-d. plusieurs processus) ◾ Chaque processus a besoin du processeur o Solution: « scheduling » ou ordonnancement : Les OS utilisent des algorithmes d'ordonnancement pour gérer l’exécution concurrente des processus, déterminant quel processus a accès au processeur et pour combien de temps. Ordonnancement à temps partagé : Chaque processus reçoit un temps d'exécution fixe (quantum) avant de passer au suivant, créant l'impression d'exécutions simultanées. Ordonnancement par priorité : Les processus sont exécutés selon leur priorité, les plus critiques étant exécutés en premier. Ordonnancement en temps réel : Ce type d'ordonnancement garantit que les processus critiques sont exécutés dans un délai spécifique. 14  CH A PI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES MULTI-TACHE (MULTITASKING)  Espace utilisateur : mode restreint (Zone de = mémoire où s'exécutent les programmes des utilisateurs) accès à certaines opérations d’entrées-sorties + certaines plages mémoires  Espace noyau : mode privilégié (Zone de mémoire où s'exécute le noyau du OS). = tous les jeux d’instructions du CPU accessibles + toutes les opérations d’entrées-sorties + toutes les plages mémoires via la MMU (Memory Management Unit). 15 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES MULTI-PROCESSEURS ◾ Système avec plusieurs processeurs o Parallèle o Doit assurer qu'il y a l'exécution d'autant de processus que processeurs en même temps ◾ Contrairement: système avec un seul processeur o Quasi-parallèle o Arrêter et reprendre les différent processus : Gestion avec le « scheduler » (ordonnancement des processus) 16  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES MULTI-UTILISATEURS (« TIME-SHARING ») ◾ Permettre a différentes personnes de travailler avec un ordinateur en même temps ◾ Connexion: o Via le terminal de l'ordinateur lui-même o A distance (telnet, ssh, ftp,...) ◾ Donner l'impression à chaque utilisateur qu'il est seul ◾ Exige une gestion des droits o De fichiers (pour éviter la destruction des fichiers etc.) o De processus 17 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION SYSTÈMES TEMPS RSÉEL ◾ Le comportement correct d’un système dépend, non seulement des résultats logiques des traitements, mais aussi du temps auquel les résultats sont produits. ◾ Un système temps réel n’est pas un système "qui va vite" mais un système qui satisfait à des contraintes temporelles. Contraintes temporelles strictes : Un système temps réel doit respecter des délais précis pour éviter des erreurs. Par exemple, dans un système de freinage ABS (anti- blocage) d'une voiture, les capteurs doivent répondre en quelques millisecondes pour assurer la sécurité du conducteur. 18 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Différents systèmes d’exploitation ◾ Monde PC ◾ MS-DOS (MicroSoft-Disk Operating System) ◾ Windows 95 et 98 ◾ Windows NT, 2000, XP, Vista, 10 (Multi-utilisateurs) ◾ Monde MAC Multi-tâches ◾ MAC OS 9, OS 10, OS 10.2 ◾ Monde UNIX ◾ SUN,... LINUX (Multi-utilisateurs) 20 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Différents systèmes d’exploitation WINDOWS  Un système d'exploitation tel que Windows est un ensemble de programmes qui manipule les différents matériels de l'ordinateur et offre aux logiciels applicatifs des services en rapport avec leur utilisation. 20 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Différents systèmes d’exploitation MACINTOSH  Macintosh ou Mac est le nom d'une série d'ordinateur créé par la société américaine Apple.  Le premier macintosh date de 1984, il représente une avancée exceptionnelle : il est le première ordinateur a utilisé une souris et une interface désignée.  Le premier nom des OS Apple était Système de 1 à 7  Le nom du système d'exploitation des ordinateurs Apple, a changé et est devenu Mac OS en 1997. Nous sommes actuellement dans la version Mac macOS Mojave (version 10.14.6) lancée le 22 juillet 2019. 21  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Différents systèmes d’exploitation MACINTOSH  Mac os est un des premiers systèmes d'exploitation avec un environnement graphique : fenêtre, icône, souris.  Le premier a utilisé la métaphore du bureau.  Le système d'exploitation Mac a utilisé les microprocesseur Power Pc jusqu'en 2006. Actuellement ce sont les Intel qui sont privilégiés.  Les Mac Os X utilisent des micro-noyau : les pilotes, les systèmes de fichiers ou l'interface graphique, ainsi que les logiciels applicatifs sont situés à l'extérieur du noyau. 22  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Différents systèmes d’exploitation LINUX  En 1991 les compatibles PC dominent donc le marché des ordinateurs personnels, qui fonctionnent généralement sous Windows.  C’est cette année-là que Linus Torvalds entreprend le développement d’un noyau d’OS, qu’on appellera le noyau « Linux ».  Au départ il voulait juste créer son propre système d’exploitation pour son projet de fin d’étude en s’inspirant d’UNIX. 23  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Un peu d’histoire :Unix … … … ….. Nouvelles distributions Linux 1983: Lancement du projet GNU  Face à la généralisation de l’informatique commerciale, l’Américain Richard Stallman décide de créer un système d’exploitation libre, GNU.  L’abréviation est une formule qui signifie « Gnu is Not Richard Matthew Stallman, surnommé « rms », créateur de GNU Unix ». Le développeur délaisse progressivement son activité au sein du MIT, pour développer tout un système de logiciels libres. 24  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Un peu d’histoire :Unix … … … ….. Nouvelles distributions Linux 1989: Création de la licence publique générale GNU  Face à l’ampleur du phénomène des droits d’auteur, Richard Stallman lance la licence publique générale GNU (GPL/GNU).  Elle stipule que tout le monde doit pouvoir exécuter le logiciel, pouvoir le modifier, et le redistribuer librement, à la seule condition que les redistributions soient faites sous la même licence. 25  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Un peu d’histoire :Unix … … … ….. Nouvelles distributions Linux 1991: Développement du noyau Linux  Linus Torvalds développe un noyau de système d’exploitation, un « kernel », s’inspirant d’UNIX.  L’étudiant finlandais met alors le code, écrit en C, à disposition du grand public. Linus Torvalds, créateur du noyau Linux 26  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Un peu d’histoire :Unix … … … ….. Nouvelles distributions Linux 1991: Développement du noyau Linux  Mais un noyau seul ne servant pas à grand chose, il renvoie les utilisateurs vers les logiciels du projet GNU pour un système d’exploitation complet et libre.  Parallèlement, le noyau prévu pour GNU, nomé « Hurd », n’est Linus Torvalds, créateur du noyau Linux toujours pas prêt. Les logiciels de GNU et le noyau Linux fusionnent.  C’est le début du système d’exploitation GNU/Linux. 27  CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Un peu d’histoire :Unix … … … ….. Nouvelles distributions Linux 1991: Développement du noyau Linux Depuis, des centaines de distributions ont été créées et mises en circulation.  Une distribution de GNU/Linux c’est l’assemblage d’un noyau Linux, les utilitaires de bases et des logiciels de plus haut niveau afin de fournir un système clé en main.  Il existe une très grande variété de distributions, ayant chacune des objectifs et une philosophie particulière. 28 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Les distributions linux les plus populaires Les éléments différenciant principalement les distributions sont :  La convivialité (facilité de mise en œuvre)  La notoriété (communauté informative pour résoudre les problèmes)  L’environnement de bureau  Le mainteneur de la distribution (généralement une entreprise ou une communauté) Le point commun est le noyau (kernel) et un certain nombre de commandes. 29 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Les distributions linux les plus populaires 1) Distribution Linux Ubuntu  Ubuntu est une distribution Gnu/Linux, sponsorisée par la société Canonical Ltd dont le fondateur est le multimillionnaire Mark Shuttleworth. Cette distribution est Basée sur Debian et utilisant le bureau Unity.  Avec une utilisation globale estimée à plus de 25 millions d’utilisateurs, il est principalement conçu pour une utilisation sur des ordinateurs personnels (portables et fixes), bien que d’autres versions consacrées aux netbooks et aux serveurs existent aussi. 30 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Les distributions linux les plus populaires 2) Distribution Linux Debian  Debian est principalement une distribution GNU-Linux non commerciale, lancée en 1993 par Ian Murdock avec le soutien de la Fondation pour le logiciel libre ; Debian se distingue de la plupart des distributions fondées sur elle par son caractère non commercial.  Une distribution commerciale est une distribution éditée par une société commerciale. Les distributions commerciales proposent généralement des versions gratuites, mais l’objectif est de réaliser du profit par la vente de services liés à l’utilisation de la distribution. 31 CHAPI TRE 1: I N T R O D U C T I O N A U X SYSTÈMES D’EXPLOITATION Les distributions linux les plus populaires En résumé 32