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RÉSUMÉ
Le système d'exploitation d'un ordinateur est un logiciel qui vise à faciliter l'emploi de cet ordinateur par ses utilisateurs. En contact direct avec le matériel, il remplit deux fonctions: présenter à l'utilisateur une interface plus commode que celle de la machine sous-jacente gérer les ressources matérielles et logicielles de l'installation. La technique utilisée est la virtualisation: à chaque ressource correspond une ressource virtuelle qui en fournit une image idéale, plus facile à utiliser. Cet article présente les principes d'organisation et de fonctionnement des systèmes d'exploitation et la gestion des différentes ressources: activités, mémoire, information, et donne quelques indications sur l'évolution de ces systèmes et sur leurs futures applications.
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A computer operating system is software that makes using the computer easier. It interacts directly with the hardware, and does two things: it provides the user with a more convenient interface than that of the underlying machine, and manages the hardware and software resources of the set-up. The basic technique is virtualization: each resource has a corresponding virtual counterpart that provides an ideal image, easier to use, of that resource. This paper presents the organization and working principles of an operating system and the management of the main resources: activities, storage, and data. It gives some indications on how operating systems are evolving and on their future applications.
Auteur(s)
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Sacha KRAKOWIAK : Professeur à l'université Joseph Fourier, Grenoble
INTRODUCTION
Le système d'exploitation d'un ordinateur, ou d'un ensemble d'ordinateurs connectés en réseau, est un ensemble de programmes qui remplissent deux grandes fonctions :
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allouer les ressources matérielles et logicielles pour satisfaire les besoins des programmes d'application ;
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présenter aux applications une interface mieux adaptée à leurs besoins que celle fournie par le matériel, en dissimulant la complexité de l'infrastructure sous-jacente.
Il est plus exact de parler d'un ensemble d'interfaces. En effet, les utilisateurs et les applications peuvent généralement interagir avec différentes couches du système d'exploitation. Au niveau le plus haut, l'interface se présente comme un langage de commande symbolique ou graphique. L'interprète de ce langage est, en général, en dehors du système d'exploitation proprement dit, et peut donc être remplacé ou modifié. À un niveau plus bas se situe l'interface principale, constituée d'un ensemble d'« appels systèmes », qui permettent d'utiliser les différentes entités définies par le système : processus, fichiers, messages, etc. Cette interface est utilisée par les applications, soit directement, soit, le plus souvent, au travers de bibliothèques spécialisées, associées à un langage de programmation. Enfin, certains systèmes d'exploitation (à micro-noyau, à composants) ont une structure modulaire qui permet d'accéder à plusieurs niveaux différents de fonctions, plus ou moins proches de la machine physique.
L'évolution des systèmes d'exploitation est gouvernée, à la fois, par l'évolution des architectures matérielles et par celle des besoins des applications. Les faits marquants des années 2000 peuvent être résumés comme suit :
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transition progressive des systèmes dits « propriétaires » (associés à une architecture particulière de machines, fournissant une interface spécifique) vers des systèmes « ouverts » (portables sur une gamme étendue de machines et présentant des interfaces normalisées, pour faciliter le transport et l'interconnexion des applications). Cette évolution est liée à la diffusion croissante du logiciel libre, dont un exemple marquant est le système Linux ;
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passage d'une informatique centralisée à une informatique distribuée, dans laquelle le système d'exploitation prend en compte la répartition des ressources matérielles, des données et des applications, tout en dissimulant cette répartition aux utilisateurs ;
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globalisation des échanges, par l'interconnexion généralisée des réseaux et l'informatique « nomade » (connexion d'ordinateurs mobiles), forte interaction de l'informatique et des télécommunications, développement des applications coopératives et des communications multimédias ;
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développement rapide des systèmes embarqués, inclus dans des objets ou environnements divers (téléphones, véhicules, sites de production), communiquant avec le monde physique et soumis à des contraintes fortes de temps de réaction, de ressources matérielles et de consommation d'énergie.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
virtualisation mémoire virtuelle processus machine virtuelle système d'exploitation fichiers
KEYWORDS
virtualization | virtual memory | process | virtual machine | operating system | file system
VERSIONS
- Version courante de août 2015 par Sacha KRAKOWIAK
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusions et perspectives6. Nouvelles applications, nouvelles structures
De même que l'évolution de l'architecture des ordinateurs, l'extension des domaines d'application de l'informatique influence les fonctions et l'organisation des systèmes d'exploitation. Dans cette section, nous donnons un bref aperçu de nouvelles formes de systèmes d'exploitation dans quelques domaines qui connaissent un développement significatif.
6.1 Machines virtuelles
Une machine virtuelle est une simulation d'une machine physique, réalisée par logiciel au-dessus d'une machine physique existante, dite « de base ».
Introduite dans les années 1968-1970, la notion de machine virtuelle a servi de base à des systèmes largement diffusés sur les grands ordinateurs (mainframes ), comme VM 370 d'IBM. Dans les années 1980-1990, cette notion est passée au second plan, avec l'avènement des microprocesseurs et des ordinateurs individuels. Elle connaît maintenant un regain d'intérêt, en raison notamment du développement des services sur l'Internet.
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Il existe diverses formes de machines virtuelles. La machine simulée peut être interne à un processus de la machine de base, comme la machine virtuelle Java (Java Virtual Machine, JVM), ou être une image d'une machine physique complète. Cette dernière peut être identique à la machine de base, ou différente.
Le logiciel réalisant la virtualisation, dit hyperviseur, peut fonctionner au-dessus d'un système d'exploitation sur la machine de base (comme dans l'exemple de la figure 12), ou être directement implanté sur cette machine.
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Plusieurs raisons motivent l'usage des machines virtuelles :
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coexistence de plusieurs environnements de développement et d'exécution d'applications. On peut ainsi utiliser plusieurs systèmes d'exploitation, sur la même infrastructure, en fonction des besoins. On peut aussi tester une application destinée à fonctionner sur plusieurs systèmes. On peut enfin faire exécuter des applications dites « patrimoniales » (legacy ) qui ne peuvent fonctionner que sur un système d'exploitation particulier ;
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support d'applications multiprogrammées. Chaque machine virtuelle exécute, de manière indépendante, une application dans son propre environnement. Ce mode de fonctionnement est bien adapté à l'exécution de services pour...
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