Download - Systeme d Exploitation
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Introduction aux systmesdexploitation
Principes et notions
Nicolas Belloir
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Le systme informatique
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Dfinition dun systme informatique
Ensemble des moyens logiciels et matriels fourni un utilisateur partir dun poste de travail
Ouvert / ferm
Mono / multi utilisateur(s)
Administrateur / Utilisateurs
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Description physique dun SI minimal
Unit centrale
Priphriques de :
Traitements
Conservation de linformation
Communication avec lextrieur
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Evolution des SI (1)
Premiers ordinateurs : une machine / un utilisateur
Apparition des mcanismes dentre / sortie(carte/imprimante)Plusieurs utilisateurs
Un seul programme en mme temps
Accroissement de la puissanceGestion des interruptions
Annes 70 : systmes centraliss / terminauxPuissance et mmoire importante
Paralllisme
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Evolution des SI (2)
Annes 80 : apparition de PC (Personal Computer)
Connexion entre PC et systmes centraliss
Rseaux informatiques externaliss
Fin annes 80 : Station de travailIntermdiaire entre PC et systmes centraliss
Annes 90 : apparition des terminaux X
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Evolution des SI (3)
Fin annes 90 : Internet, un retour aux systmescentraliss?
Tendance annes 2000 : la miniaturisationOrdinateurs portables
Systmes distribusTlphones portables / PDA
Et aprs ????
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SI : dcoupage en couche
Matriel
Dispositifs physiques
Micro-architecture
Langage machine
Programmes
systmes Systme dexploitation
Compilateurs, Editeurs,Interprteur de commandes
Programmes
dapplication
Systme bancaire, systme derservation, jeu, calculateur
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SI : couche matriel
Dispositifs physiquesPriphriques, circuits intgrs, cables
Micro-architectureLes priphriques sont regroups en units fonctionnelles
Calculs logiques, traitement des registres, chemin de donnes
Langage machineEntre 50 et 300 instructions
Transfert de donnes entre registres, oprations arithmtiques,
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SI : couche systme
Systme dexploitationCouche logicielle cachant la complxit de la couche matriel
Fournit au dveloppeur un jeu dinstructions plis pratiquesFonctionne en mode noyau
Logiciels systmesFournis avec le SE mais diffrent du SE
Diffrence subtile
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Le systme dexploitation
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Systme dexploitation
Dfinition
Ensemble de tous les programmes permettant lutilisateur dusystme informatique dexploiter au mieux les ressources de lamachine de faon cohrente et coordonne dans des conditionsraisonnables de confort
Interface entre les utilisateurs du SI et la machine physique
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Diffrentes catgories de programme desSE
Le noyau : programme de bas niveau Allocation mmoire, gestion des E/S
Les commandes de baseCopie de fichier, listing des rpertoire, cration/destruction desfichiers
UtilitairesInterprteur de commande, diteurs de texte, compilateurs
Les interfaces graphiquesX11, Motif, KDE, Gnome
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Le noyau
Diffrents types de services assursGestion du(des) processeur(s)
Chargement et lancement des programmesGestion de la mmoire (principale et secondaire)
Gestion des entres/sorties (priphriques)
Diffrentes organisations logiciellesMonolithique
Sructuration en couches
Micro-noyaux
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Les principaux SE (1/2)
Unix/Linuxle meilleur compromis : fiable, efficace, souple, portable,volutif, "customizable"
reste (trs) difficile d'accs pour un novice, voire pour uninformaticien
MacOSdsormais peu rpandu car submerg par Windows
ergonomie gniale (prcurseur en la matire), fiable, stable
a dvelopp ses propres standards (y compris pour lehardware)et a perdu le match contre Windows (il lui reste
quelques niches, telles que la photo numrique)
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Les principaux SE (2/2)
Windowsle plus diffus, trs orient utilisateur lambda (configurationautomatique toujours disponible), large gamme d'applicatifs(certains tant dsormais des standards de-facto), prise enmain trs simple
peu fiable mme si des progrs depuis Win2000/XP, scuritinexistante (virus, intrusions trs frquentes)
peu ouvert, impose la plupart des choix technologiques et"enferme" les utilisateurs dans ces choix
stratgie industrielle douteuse sur le plan de l'thique
D'autres systmes rservs aux gros serveursVMS (Digital), GCOS (Bull), MVS et AS400 (IBM),
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Typologies des diffrents SE
Ordinateur individuel
Centre de calcul
Systmes transactionnelsSystmes temps rel
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Ordinateur individuel (1/5)
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Ordinateur individuel (2/5)
Utilisation oriente bureautiqueexploitation de programmes applicatifs
Fonctionnalits implanterinterprteur de commandes
de plus en plus superflu car interface graphique suffisante
interface graphiquela nouvelle gnration dutilisateurs sait-elle quil fut untemps o on en avait pas ?
gestion des entres/sorties
grande varit de dispositifs (et de modes defonctionnement)
nombreux protocoles
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Ordinateur individuel (3/5)
Fonctionnalits implanter (suite)gestion des communications
diffrents protocoles rseaugestion des fichiers
utilitaires
gestionnaire de fichiers, outils dadministration,
environnement de programmation (outils)pour les dveloppeurs de solutions
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Ordinateur individuel (4/5)
Qualits attenduessimplicit d'utilisation (matriel grand public)
ergonomie
procdures dinstallation/configuration automatique
interactivit
temps de rponse acceptables
Problmes simplifisun seul utilisateur la fois
configuration matrielle simple (poste client)
peu d'activits parallles (quelques circuits spcialiss pourgrer certains priphriques)
algorithme dallocation des ressources simplifi
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Ordinateur individuel (5/5)
Solutions retenues
dveloppement de systmes d'exploitation spcifiques mono-utilisateur et mono-tche (MS-DOS, MacOS, ...)
fiabilit mdiocre du fait de l'unicit du mode d'excutiondonc de l'absence de protection du systme
utilisation de systmes d'exploitation plus gnraux, multi-utilisateurs et multitches (UNIX, Windows NT/2000/Me/XP)
meilleure fiabilit (thorique pour Windows car notiondutilisateur bidon sur versions client)
mise en rseau (Intranet ou Internet) trivialerequiert davantage de mmoire centrale (argument peuimportant aujourdhui)
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Centre de calcul (1/6)
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Centre de calcul (2/6)
Objectifsoffrir des services communs, qui ne seraient pas
accessibles individuellement, un grand nombredutilisateurs
matriels onreux ou utiliss
occasionnellementsupercalculateurs, tables traantes,
logiciels onreux ou utiliss occasionnellementou ncessitant un environnement dexcution
complexeapplicatifs orients mtiers,
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Centre de calcul (3/6)
Objectifs (suite)offrir les possibilits dcoulant d'une communautd'usagers
amortissement de matriel du fait dun grand nombredutilisateurs
licences "volantes"
centralisation de la gestion des contrats de maintenance
offrir une expertise au service des usagers
service de maintenance voire de veille technologique
sminaires de formation au outils
assistance au dveloppement de projets ou prestationde service
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Centre de calcul (4/6)
Modes de traitementtraitement par lots / mode diffr / mode batch
non interactif
justification : optimiser l'utilisation du matriel (hritaged'une poque rvolue car les systmes modernes le grentautomatiquement)
temps partag (time sharing)
interactifobjectif : assurer un bon niveau d'interactivit et doncassurer un temps de rponse court aux petits travaux (jobs)
remarque : les systmes modernes sont capables d'assurer
l'interactivit tout en grant des jobs en batch
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Centre de calcul (5/6)
Fonctionnalits implantercelles d'un ordinateur individuel
allocation et partage des ressources communesprocesseurs, mmoires, priphriques
gestion des informations communes et des droits d'accs
outils de communication entre usagers
de l'email aux outils de travail collaboratif
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Centre de calcul (6/6)
Qualits attenduesprotection des informations des utilisateurs
sauvegardes rgulires, droits d'accs
sret de fonctionnement
disponibilit, fiabilit, scurit
performance
supporter la charge, assurer un bon niveau d'interactivit entoute situation
adquation aux besoins des usagers
coute, ractivit, adaptabilit, bonne stratgie (choix desquipements, adquation au budget, politique court
comme long terme)
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Systmes transactionnels (1/4)
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Systmes transactionnels (2/4)
Objectifsgestion de grandes quantits d'informations
grer les accs d'un grand nombre d'utilisateurs connects
simultanmentnotion de session utilisateur : diagramme d'tats
mode interactif
les utilisateurs sont gnralement en ligne : ncessit d'une
rponse rapidesytme en rseau (Intranet, Internet)
volutivit des outils faible mais fiabilit trs importante
Exemplessystmes d'information bancaires, rservation de billets (SNCF,
AirFrance, ), magasins,
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Systmes transactionnels (3/4)
Qualits attenduesscurit
contrle d'accs aux donnes, prvenir tout acte de piratage
fiabilit des oprationsfiabilit des informations obtenues par les usagers
fiabilit des modifications apportesgarantir tout moment l'intgrit du systme d'information
contrler la validit des modifications demandes
disponibilit
assurer le service, si possible y compris en cas de panne
performance
temps de rponsesupporter la charge, si possible y compris en cas de panne
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Systmes transactionnels (4/4)
Fonctionnalits implanteroutils pour le maintien de l'intgrit de la base de donnes
gestion des utilisateurs enregistrs (ou non) et des droitsd'accs
synchronisation des transactions
procdures de sauvegarde
procdure de reprise sur erreur et sur panne
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Systmes temps rel (1/4)
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Systmes temps rel (2/4)
Objectifsgestion en temps rel du flux d'informations provenant d'unappareil en fonctionnement
raction aux vnements et ventuellement prise de dcision
Types de missions assurersurveillance, scurit, aide au pilotage
rgulation/contrle de production
archivage d'informations
plus traitements non prioritaires le cas chant
Exemplescentrale nuclaire, unit de fabrication, acirie, gestion de trafficarien, systmes embarqus (avions, TGV, bateaux)
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Systmes temps rel (3/4)
Qualits attenduesfiabilit
ne pas tomber en panne
donner des informations fiablesexemple : toujours alerter si danger mais ne pas alerter si pasde danger
temps de raction le plus faible possible
contraintes de temps pouvant tre trs svres
Evolutivit faiblecar contrainte souvent orthogonale celle de fiabilit qui dansce cas prime
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Systmes temps rel (4/4)
Fonctionnalits implantermesures et comandes
informatique industrielle, gestion des entres/sorties
spcifique pour plus d'efficacitgestion des vnements
gestion des priorits, valuation fiable des temps de rponse
politique dcisionnelle claire, rigoureuse et fiable, cohrente
avec la stratgie dcisionnelle de l'entreprise
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Systmes embarqus
ObjectifsGestion de trs petits ordinateurs
Types de missions assurerSimples : pilotages des ressources, fonctions TR, gestion delalimentation
ExemplesPDA OS : Palm Os, Windows CE
Qualits attendues
Faible utilisation des ressources
EvolutivitForte car dynamique importante des marchs
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Historique des SE
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4 gnrations
On distingue gnralement 4 gnrations :1re gnration : 1950-1960
les dbuts de la rvolution technologique
2me gnration : 1958-1968priphriques et traitement par lots
3me gnration : 1960-1970
multiprogrammation et temps partag
4me gnration : 1970-aujourd'huirseaux / systmes rpartis
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1re gnration
Matriel base de tubesencombrant et peu fiable
Mode d'exploitationl'utilisateur crit un programme en langage machineil rserve la machine pour une dure dtermine
il rentre son programme en mmoire " la main"
il l'excutesi excution non conforme ses attentes alors
excution pas pas et modification ventuelle
nouvel essai jusqu' satisfaction ou temps de rservationatteint
Mode d'exploitation totalement inefficace
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2me gnration (1/4)
Amlioration du matrielmmoires tore de ferrite
transistors et circuits imprims
apparition et diversification des priphriques
lecteurs de cartes perfores
imprimantes
supports magntiques (bandes, cartes, )
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2me gnration (2/4)
Mode d'exploitationtravaux groups en lots par un oprateur
chargement de l'utilitaire (compilateur) ncessaire
l'excution d'un lotchargement du lot sur le lecteur de cartes
lancement de l'excution du lot
enchanement des travaux
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2me gnration (3/4)
Premiers systmes d'exploitationinitialisation du systme : bootstrap puis squence cble
moniteur d'enchanement des travaux avec le Job Control
Languagesous-programmes d'entres-sorties
allgement du travail des programmeurs
partager les mmoires secondaires
viter les mauvais usages des priphriquescontrle et gestion des temps d'excution
permet de tuer les programmes trop longs
permet de facturer l'utilisation du systme
protection mmoire pour viter la destruction du systme
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2me gnration (4/4)
Conclusion sur le traitement par lotsamliorations
augmentation du taux d'utilisation du processeur
moins de chargements des utilitaires (compilateurs)diminution des temps d'entres/sorties
simplification de la programmation (plus d'entres/sortiesphysiques programmer)
insuffisances un seul compilateur la fois zone utilisateur restreinte inutilement par le compilateur
processeur inutilis pendant les entres/sorties
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3me gnration (1/5)
Amlioration du matriel processeurs spcialiss d'entres/sorties
accroissement des possibilits des machines et despriphriques
protection mmoire par zones
pagination ou segmentation
sauvegarde et restauration cble des contextes deprocessus
Entres/sorties en mode diffr
tamponnement des E/S
symbionts (spool system)
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3me gnration (2/5)
Multiprogrammationplusieurs activits progressent en parallle
une activit garde le CPU jusqu' laprochaine demande d'E/S
traitement des fins d'E/S du processeurgrce aux interruptions
3 i (3/5)
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3me gnration (3/5)
Conditions pour la multiprogrammationmmoire centrale assez grande pour plus d'un programme
temps d'affectation du processeur une activit faible
Avantagesbonne gestion des ressources (CPU, mmoire, priphriques)
temps de rponse correct pour les travaux courts
Inconvnientscomplexit du matriel et du systme d'exploitationpartage et protection des ressources
3 ti (4/5)
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3me gnration (4/5)
Temps partagobjectif
garantir un bon niveau d'interactivit en assurant unerponse rapide aux travaux courts
mode d'exploitation
travail partir d'un terminal interactif
solutionallocation du processeur aux usagers tour de rle et pourun "quantum" de temps limit
la fin du quantum est signale par une interruption d'horloge
3 ti (5/5)
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3me gnration (5/5)
4 ti (1/2)
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4me gnration (1/2)
Amlioration du matrielapparition des composants haute intgration
1969 : premier microprocesseur
dveloppement des matriels et techniques de transmission dedonnes
Intgration pousse des fonctions de communicationdans les systmes
rseaux d'ordinateurs htrognes faiblement coupls
modle OSI, Internet
rseaux locaux
ordinateurs connects via des liaisons haut dbit1975 : protocole Ethernet
4me gn ation (2/2)
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4me gnration (2/2)
Systmes d'exploitation rpartis pour rseauxd'ordinateurs fortement coupls
Objectifs
disposer en local pour une opration donne de la totalit dela puissance d'un microprocesseur
rechercher une meilleure adquation entre architecturematrielle et application traite
assurer, par l'existence de nombreux processeurs, unemeilleure rsistance aux pannes
partager des ressources distribues
permettre l'accs un priphrique spcial gr par uneautre machine
exemples
serveurs de fichiers, serveurs d'impression, serveurs decalcul
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Structure matrielle dun ordinateur
Composants dun ordinateur simple
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Composants d un ordinateur simple
CPU MmoireContrleur
vidoContrleur
clavierContrleurdisquette
Contrleurdisque
Bus
Le processeur (ou CPU)
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Le processeur (ou CPU)
Cerveau de lordinateur
Extrait les instructions de la mmoire centrale et les
excuteChaque processeur possde un ensemble spcifiquedinstructions excutables
Problmes de compatibilits entre processeurs diffrents
Temps daccs la mmoire bien plus long quelexcution dune instruction
Les CPU possdent des registres de stockage temporaires
La mmoire
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La mmoire
2nd constituant fondamental
Caractristiques importantes : rapidit daccs, capacitet cotAucune technologie ne remplit ces 3 critres
Registres
cache
Mmoire principale
Disque magntique
Bande magntique
1 ns
2 ns
10 ns
10 ns
100 s
Temps daccs type
< 1 Ko
2 Mo
64-1024 Mo
10-120 Go
20-200 Go
Capacit type
Les priphriques
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Les priphriques
Lien entre un priphrique et son contrleur (carte)
Ncessite un driver pour communiquer
Temps daccs long => interrupteurs
CPUContrleur
dinterruptionContrleur
disque
12
3
4
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Composants du systme
Gestion des processus
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Gestion des processus
Unit de traitement du systme
Vu comme un programme en excution
Utilise des ressources alloues par le SEAu dmarrage du processus
Dynamiquement
Doivent tre libres en fin dexcution
Excution squentielle ligne par ligne
Processus utilisateurs et processus systmes
Le systme est responsable des activits
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Le systme est responsable des activits
Cration/suppression des processus
Suspension et reprise du processus (temps partag)
Mcanismes de synchronisation des processus
Mcanismes de communication entre processus
Traitement des interblocages
Gestion de la mmoire centrale
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Gestion de la mmoire centrale
Peut tre vue comme un grand tableau doctets
Chaque octet a une adresse identifie
Accs rapide aux donnesLes entres/sorties en mmoire sont gres par le DMA (Direct
Acces Memory)
Chargement des donnes physiques en mmoire avant leurutilisation
Chargement des instructions des processus avant leur excution
Plusieurs processus en mmoire : amlioration desperformances
Le systme est responsable des activits
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Le systme est responsable des activits
Dterminer les zones mmoires utilises
Choix des processus chargs en mmoire
Allocation et dsallocation de lespace mmoire
Gestion des fichiers
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Gestion des fichiers
Stockage de linformation sur diffrents supportsphysiques
Caractristiques propres, organisation physique propre ...
(vitesse daccs, capacit, mthode daccs)
Vue logique des supports : le fichier
Fichier = ensemble dinformations en relationFormat numrique ou texte
Format (champs, enregistrements) ou texte
Le systme est responsable des activits
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Le systme est responsable des activits
Cration et destruction des fichiers
Cration et destruction des rpertoires
Support de primitives pour la manipulation des fichiers
Correspondance entre fichiers et mmoire de stockage
Sauvegarde des fichiers sur support de stockage stable
Gestion des E/S
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Gestion des E/S
Le but du systme est de cacher les particularits decertains priphriques
Sous Unix :Composant de gestion mmoire
Gestion du tampon
Gestion du cacheSpooling
Interface gnrique de pilotes de priphriques
Interface pour les matriels spcifiques
Exemple de la sortie vide (trou noir) /dev/nullcp * ~/ sauv 2> / dev/ nul l
Gestion du stockage secondaire
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g
Par opposition la mmoire primaire
Mmoire non volatile
Gestion de lespace libre
Allocation de stockage
Programmation des disques
Gestion des rseaux
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Non traite dans ce cours
Systme de protection
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y p
Protection des donnesDroits daccs
Protection de lespace dadressage
Protection de laccs CPU
Systme dinterprtation de commandes
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y p
Interface entre utilisateur et systme dexploitation
Diffrence de convivialit (Unix/Linux Vs Windows)
Accs aux rles du systme dexploitation (cration deprocessus, gestion de la mmoire de stockage