Fiche de révision : Systèmes d’exploitation et programmation

📋 Plan du Cours

1. Structure et évolution des systèmes
2. Processeur et architecture matérielle
3. Mémoire et adressage
4. Entrées-sorties et fichiers
5. Interruptions et traitement des événements
6. Processus et cycle de vie
7. Ordonnancement des processus
8. Rôle et évolutions des systèmes

📖 1. Structure et évolution des systèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Système informatique : Association du matériel, du système d’exploitation, des programmes d’application et des utilisateurs.

★ À maîtriser

• Le système d’exploitation gère les utilisateurs, le système de gestion de fichiers et les ressources, notamment leur accès, leur partage, leur distribution et leur échange.

Compléments

• Les systèmes d’exploitation ont évolué des systèmes batch aux systèmes multiprogrammés, puis aux systèmes multi-utilisateurs centralisés, distribués et temps réel.

• Les systèmes multi-utilisateurs centralisés peuvent être à temps partagé ou transactionnels.

📖 2. Processeur et architecture matérielle

★ À maîtriser

• Les fonctions matérielles de l’unité centrale comprennent le calcul et le contrôle, et son fonctionnement mobilise des bus et un pipeline.

• Les principales caractéristiques d’un processeur et de la mémoire comprennent la largeur des bus de données et d’adresses, le nombre de mots mémoire, les temps de cycle, le nombre de cycles par instruction et le débit d’instructions.

Compléments

• Le Pentium IV de 2002 à 2,53 GHz possède des bus de données de 64 bits et d’adresses de 36 bits, et 55 millions de transistors.

• Le Pentium 4 de 2004 possède des adresses de 64 bits, des données de 32 ou 64 bits, une fréquence de 3,6 GHz et 100 millions de transistors.

📖 3. Mémoire et adressage

🔑 Notions clés & Définitions

• Adresse physique : Numéro associé à un mot de mémoire dans l’espace d’adressage physique.

★ À maîtriser

• La mémoire contient des instructions et des données organisées en mots numérotés consécutivement à partir de 0.

📌 La mémoire peut être découpée en zones de taille variable, en pages de taille fixe par pagination ou en segments de taille variable par segmentation.

Compléments

• La hiérarchie mémoire comprend :

  • les registres
  • les caches
  • la mémoire centrale
  • les disques
  • le réseau

• La mémoire peut être gérée par : le compilateur, un dispositif câblé, le système d’exploitation, la création de fichiers par le système de gestion de fichiers

📖 4. Entrées-sorties et fichiers

🔑 Notions clés & Définitions

• DMA : Technique qui fournit un chemin direct entre le bus d’entrée-sortie et la mémoire sans intervention du processeur.

★ À maîtriser

• Les périphériques d’entrée-sortie, tels qu’un écran, un clavier, un disque magnétique ou une imprimante, sont beaucoup plus lents que l’unité de traitement.

• Pendant un transfert DMA, le programme du processeur continue de s’exécuter et l’entrée-sortie utilise un cycle mémoire.

Compléments

📌 En cas de conflit d’accès à la mémoire pendant un transfert DMA, le DMA est prioritaire.

• La gestion des entrées-sorties et des fichiers couvre :
  • les dispositifs d’entrée-sortie
  • leur intégration au système d’exploitation
  • les types de fichiers
  • les méthodes d’accès
  • l’allocation sur disque
  • le RAID

📖 5. Interruptions et traitement des événements

★ À maîtriser

• Les interruptions peuvent provenir : de l’unité de traitement, d’une sollicitation périphérique, d’un appel superviseur, d’une communication entre unités de traitement multiprocesseur

Compléments

• Les interruptions internes à l’unité de traitement comprennent :

  • la division par zéro
  • le dépassement de capacité numérique
  • l’erreur de parité mémoire
  • l’erreur de transmission
  • le défaut d’alimentation électrique

• Un appel superviseur peut demander le lancement de tâches ou l’allocation de ressources matérielles, par exemple la mémoire, le disque ou l’imprimante, et peut être réalisé par une instruction SVC.

📖 6. Processus et cycle de vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Processus : Entité d’exécution correspondant à une séquence d’actions d’un programme, exécutée sur un processeur et représentée par une structure de données dans le noyau.

★ À maîtriser

• Le découpage en processus peut suivre le parallélisme physique, par exemple un processus par périphérique, ou le parallélisme logique, selon les échéances, les comportements et la nature des activités.

📌 Une décomposition statique fixe le nombre de processus dès le départ, tandis qu’une décomposition dynamique permet leur création et leur destruction pendant l’exécution.

📌 Un processus prêt possède les ressources nécessaires sauf le processeur, un processus élu utilise le processeur et un processus bloqué attend un événement.

Compléments

• Le descripteur de processus contient un identificateur unique, l’état du processus, son environnement volatile — registres, compteur ordinal et pointeur de pile — ainsi que des liens vers les descripteurs de ressources.

• Un processus peut : se terminer à la fin correcte de son code, être terminé par le noyau en cas d’erreur ou de dépassement de ressource, s’auto-terminer sur exception, être terminé de force par un autre processus, rester permanent comme un démon

📖 7. Ordonnancement des processus

★ À maîtriser

• L’ordonnancement peut s’appuyer sur :

  • l’ancienneté FIFO
  • des quantums fixes ou variables
  • des priorités fixes ou dynamiques

• Linux propose les politiques SCHED_FIFO pour les processus sans quantum de temps, mais préemptibles par un processus de priorité supérieure, SCHED_RR pour les processus préemptibles avec quantum, et SCHED_OTHER pour les processus quelconques.

📌 Sous Linux, les processus SCHED_FIFO et SCHED_RR sont ordonnancés selon leur priorité temps réel, sans priorité systématique d’une politique sur l’autre, et sont prioritaires sur les SCHED_OTHER.

Compléments

• La préemption peut intervenir lors : de l’activation d’un processus plus prioritaire, d’une baisse dynamique de priorité, de la fin du quantum d’allocation

• Sous Linux, les priorités SCHED_FIFO et SCHED_RR vont de 1 à 99, avec 99 comme priorité maximale, tandis que les priorités SCHED_OTHER sont égales à 0.

📖 8. Rôle et évolutions des systèmes

★ À maîtriser

• Le système d’exploitation sert d’interface entre les applications et le matériel.

• Le système d’exploitation gère les ressources, leur associe les protections nécessaires, assure un accès équitable aux ressources partagées et ordonnace les programmes pour fournir une qualité de service.

Compléments

• Les systèmes d’exploitation modernes peuvent intégrer :
  • le multithreading
  • le multiprocessus
  • le multicœur avec mémoire partagée
  • une architecture à micro-noyau
  • des fonctions de système distribué

• Dans une architecture à micro-noyau, les fonctions mentionnées comprennent :
  • la gestion de l’adressage
  • la communication interprocessus
  • l’ordonnancement