Architectures matérielles, systèmes d'exploitation et processus : fiche de révision

1Systèmes sur puce et composants

Un système sur puce (SoC, System on a Chip) intègre sur un même circuit le processeur (CPU, souvent multicœur), le processeur graphique (GPU), la mémoire vive, les contrôleurs de périphériques (Wi-Fi, USB, caméra) et parfois des unités spécialisées (traitement du signal, réseaux de neurones). Avantages : compacité, faible consommation, coût réduit, communications internes rapides — d'où leur usage dans les smartphones, tablettes et objets connectés. Inconvénient : pas de mise à niveau composant par composant.

Rappels d'architecture de von Neumann : unité de contrôle, unité arithmétique et logique, mémoire contenant données et programme, bus reliant le tout. Le processeur exécute le cycle chercher-décoder-exécuter des instructions machine. La hiérarchie mémoire (registres, caches, RAM, stockage) échange vitesse contre capacité.

2Le système d'exploitation et les processus

Le système d'exploitation (OS) est le logiciel qui gère les ressources matérielles (processeur, mémoire, périphériques, fichiers) et offre aux programmes une interface uniforme. Un processus est un programme en cours d'exécution : le code, ses données, son état (compteur ordinal, registres) et ses ressources. Chaque processus a un identifiant (PID) ; un processus peut en créer d'autres (relation parent-enfant).

États d'un processus : prêt (attend le processeur), élu (en cours d'exécution sur un cœur), bloqué (attend une ressource ou une entrée-sortie). Les transitions : prêt → élu quand l'ordonnanceur lui attribue le processeur ; élu → prêt quand son quantum de temps expire ; élu → bloqué quand il demande une ressource indisponible ; bloqué → prêt quand la ressource arrive.

L'ordonnancement organise le partage du processeur entre processus : l'ordonnanceur choisit lequel élire selon une politique (tourniquet à quantum fixe, priorités…). Sur un cœur, la rapidité des commutations donne l'illusion de la simultanéité ; sur plusieurs cœurs, il y a vrai parallélisme. Sous Linux, ps et top listent les processus, kill en termine un.

3Ressources partagées et interblocage

Quand plusieurs processus veulent une même ressource (fichier, imprimante, zone mémoire), l'accès doit être exclusif pour éviter les incohérences : on parle de section critique, protégée par un verrou (mutex) que l'on acquiert avant et libère après.

L'interblocage (deadlock) survient quand des processus s'attendent mutuellement : le processus A détient la ressource R1 et demande R2, tandis que B détient R2 et demande R1 — aucun ne peut avancer. Quatre conditions doivent être réunies simultanément : exclusion mutuelle, détention et attente, pas de réquisition, attente circulaire. Casser l'une d'elles évite l'interblocage : par exemple, imposer à tous les processus de demander les ressources dans le même ordre supprime l'attente circulaire.

Au bac, on donne généralement une chronologie d'acquisitions et de demandes de deux ou trois processus et on demande de repérer l'interblocage et de proposer un ordre qui l'évite.

4Sécurité des communications

Le chiffrement symétrique utilise une même clé secrète pour chiffrer et déchiffrer (AES) : rapide, mais la clé doit être partagée par un canal sûr. Le chiffrement asymétrique utilise une paire de clés : la clé publique (diffusée) chiffre, la clé privée (gardée secrète) déchiffre (RSA) ; l'inverse sert à signer. Il résout le problème de l'échange de clé mais est plus lent.

HTTPS combine les deux : le protocole TLS commence par un échange asymétrique pour établir une clé de session, puis chiffre le trafic en symétrique. Le certificat du serveur, signé par une autorité de certification, garantit qu'on parle bien au bon site (protection contre l'homme du milieu). Le cadenas du navigateur signale cette chaîne de confiance.

Bonnes pratiques attendues : ne jamais réutiliser une clé symétrique en clair, vérifier les certificats, distinguer confidentialité (chiffrement), authenticité (signature) et intégrité (empreinte).