structures des systèmes d’exploitation
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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. Composants Systèmes Communs. Gestion de Processus - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
3.1 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structures des Systèmes d’ExploitationStructures 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
3.2 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Composants Systèmes CommunsComposants 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
3.3 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Gestion de ProcessusGestion 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
3.4 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Gestion de la Mémoire CentraleGestion 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
3.5 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Gestion des FichiersGestion 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
3.6 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Gestion des E/SGestion 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
3.7 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Gestion de la Mémoire SecondaireGestion 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
3.8 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Réseaux (Systèmes Répartis)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
3.9 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Système de ProtectionSystème 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
3.10 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Système de CommandesSystème 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
3.11 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Système de Commandes (Cont.)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
3.12 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Services de l’OSServices 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
3.13 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Fonctions Additionnelles des OSsFonctions 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
3.14 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Appels SystèmeAppels 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
3.15 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Passage de paramètres dans une TablePassage de paramètres dans une Table
3.16 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Types des Appels SystèmeTypes des Appels Système Contrôle de processus Gestion des fichiers Gestion des périphériques Maintenance des informations Communications
3.17 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Exécution MS-DOSExécution MS-DOS
At System Start-up Running a Program
3.18 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
UNIX Exécutant Plusieurs ProgrammesUNIX Exécutant Plusieurs Programmes
3.19 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Modèles de CommunicationModèles de Communication
Message Passing Shared Memory
La communication peut se faire par partage de mémoire ou par échange de messages
3.20 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Programmes SystèmeProgrammes 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.
3.21 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure Système du MS-DOS 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
3.22 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure des Couches MS-DOSStructure des Couches MS-DOS
3.23 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure du Système UNIXStructure 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
3.24 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure du Système UNIXStructure du Système UNIX
3.25 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Approche à CouchesApproche 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
3.26 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Une Couche OSUne Couche OS
3.27 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure des Couches OS/2Structure des Couches OS/2
3.28 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure des Systèmes Micronoyaux 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
3.29 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure Mac OS XStructure Mac OS X
3.30 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Structure Client-Serveur Windows NTStructure Client-Serveur Windows NT
3.31 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
ModulesModules
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
3.32 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Approche Modulaire de SolarisApproche Modulaire de Solaris
3.33 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Machines VirtuellesMachines 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
3.34 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Machines Virtuelles (Cont.)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
3.35 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Modèles SystèmeModèles Système
Machine Non-virtuelle Machine Virtuelle
3.36 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Avantages/Inconvénients des Machines Virtuelles 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
3.37 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Machine Virtuelle JavaMachine 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
3.38 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
La Machine Virtuelle JavaLa Machine Virtuelle Java
3.39 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
La Plateforme JavaLa Plateforme Java
3.40 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Fichier Java .class File pour Différentes Fichier Java .class File pour Différentes PlateformesPlateformes
3.41 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Environnement Développement JavaEnvironnement Développement Java
3.42 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Objectifs de la Conception SystèmeObjectifs 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
3.43 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Mécanismes et PolitiquesMécanismes 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
3.44 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Implémentation SystèmeImplémentation 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
3.45 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation
Génération de Système (SYSGEN)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