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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)
-
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.
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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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Gestion des activités parallèles1. Organisation
Bien qu'il n'existe pas de structure standard s'appliquant à tout système(*) on identifie, en général, les principaux composants suivants :
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le noyau qui a pour fonction l'allocation des processeurs, le traitement des interruptions et la gestion des horloges, la gestion des processus, et la supervision des entrées-sorties, dont l'exécution est confiée à des composants appelés « pilotes » (« drivers »), spécifiques de chaque classe d'organes d'entrée-sortie ou de communication ;
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le gérant de mémoire qui a en charge la gestion de la mémoire virtuelle (espace d'adressage propre à un utilisateur) et l'allocation de la mémoire physique ;
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le système de gestion de fichiers qui gère la désignation et la conservation de l'information dans les fichiers. Il fait appel au gérant de mémoire et aux pilotes des unités de mémoire secondaire.
Ces composants de base sont utilisés par divers sous-systèmes : interprètes de langage de commande, gérants de fenêtres, gérants de réseau, bibliothèques d'exécution pour des langages de programmation. Ces sous-systèmes ne font pas partie du système d'exploitation proprement dit, mais sont indispensables à son utilisation effective.
(*) Dans la suite, nous utilisons souvent le terme de « système » à la place de « système d'exploitation ».
1.1 Schémas d'architecture
Les systèmes d'exploitation traditionnels sont monolithiques : les composants de base précédents ne sont pas des modules identifiés et séparables, mais sont étroitement intégrés (figure 1a) dans une structure unique (le « noyau »).
Cette organisation permet d'atteindre de hautes performances, en accélérant les communications internes, mais elle rend difficiles l'évolution et l'adaptation des systèmes.
Organiser l'ensemble d'un système selon un schéma hiérarchique en couches serait trop contraignant, car ce schéma reflète mal la complexité des interactions entre les divers composants. Néanmoins, l'idée d'une couche d'adaptation, directement au contact du matériel, est retenue pour de nombreux systèmes actuels. La fonction de cette couche...
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