Structures des Systèmes d’Exploitation

1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Passage de paramètres dans une Table

16. Types des Appels Système • Contrôle de processus • Gestion des fichiers • Gestion des périphériques • Maintenance des informations • Communications

17. Exécution MS-DOS At System Start-up Running a Program

18. UNIX Exécutant Plusieurs Programmes

19. Modèles de Communication • La communication peut se faire par partage de mémoire ou par échange de messages Message Passing Shared Memory

20. 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. 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. Structure des Couches MS-DOS

23. 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. Structure du Système UNIX

25. 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. Une Couche OS

27. Structure des Couches OS/2

28. 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. Structure Mac OS X

30. Structure Client-Serveur Windows NT

31. 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. Approche Modulaire de Solaris

33. 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. 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. Modèles Système Machine Non-virtuelle Machine Virtuelle

36. 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. 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. La Machine Virtuelle Java

39. La Plateforme Java

40. Fichier Java .class File pour Différentes Plateformes

41. Environnement Développement Java

42. 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. 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. 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. 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