Le Système d'Exploitation : Concepts et Évolution

Le Système d'Exploitation

Le système d'exploitation est le logiciel de base en informatique. Ce logiciel gère toutes les ressources matérielles du système informatique et fournit la base pour la création et la mise en œuvre des logiciels d'application. Le système se compose d'un ensemble de programmes, services et fonctions qui gèrent et coordonnent le fonctionnement du matériel.

Grâce au système d'exploitation, le matériel est identifié et reconnu, et le système informatique commence à travailler. À travers les programmes et les applications du système d'exploitation, l'utilisateur peut remplir certaines fonctions et tâches.

• SOMO : Dans ce système, le matériel et les ressources logicielles sont disponibles pour un seul utilisateur.
• SOMU : Plusieurs utilisateurs peuvent utiliser le matériel et les ressources logicielles d'un seul ordinateur.

Évolution des Ordinateurs

Charles Babbage était un mathématicien anglais dont la vie fut consacrée au traitement automatique de l'information (Entrée-Processus-Sortie).

1ère Génération

Ces ordinateurs utilisaient des tubes à vide. Ces machines utilisaient le langage machine (langage directement utilisable par la machine : 0 et 1). Elles étaient de très grande taille, consommaient beaucoup d'électricité et étaient très lentes. Les opérations se réduisaient à de simples opérations mathématiques. L'entrée des données se faisait manuellement, comme pour un standard téléphonique, en insérant des cartons percés de trous (cartes perforées). Ces cartes permettaient d'entrer des données plus rapidement.

2e Génération

Les transistors semblent avoir été introduits dans les ordinateurs de la deuxième génération. Ces ordinateurs étaient plus petits, moins chers, plus rapides et consommaient moins d'énergie, émettant moins de chaleur. Les personnes impliquées dans le traitement automatique de l'information étaient de deux types : l'opérateur de perforation et l'opérateur de console. Apparaît ce qui est appelé le traitement par lots (batch processing).

Dans cette décennie, les systèmes d'exploitation multi-utilisateurs semblent permettre d'exécuter plusieurs programmes à la fois. Apparaissent également ce que l'on appelle aujourd'hui les périphériques.

3e Génération

La 3e génération d'ordinateurs s'étend de 1965 à 1980. Durant cette décennie, les circuits intégrés sont utilisés, réduisant la taille, la consommation et la chaleur. L'ordinateur IBM 360 a été créé, capable d'effectuer des opérations de type mathématique et logique. Le matériel de base et la conception logicielle (système d'exploitation) permettent à une machine ou un système informatique d'effectuer plusieurs processus simultanément.

4e Génération

La 4e génération s'étend de 1980 à aujourd'hui. Durant cette génération, on assiste à la création des ordinateurs personnels. Les techniques d'intégration des composants électroniques (la puce, composée de silicium) ont permis d'augmenter la capacité et la sécurité des dispositifs de stockage de masse. Il existe des dispositifs optiques (faciles à fabriquer et moins chers). Ces ordinateurs sont potentiellement utilisables par des utilisateurs n'ayant pas de grandes compétences informatiques.

Les systèmes d'exploitation deviennent plus conviviaux ; les systèmes d'exploitation graphiques apparaissent. Les systèmes d'exploitation actuels sont très puissants dans la gestion du matériel et l'utilisation et la distribution des programmes et des données. Ils apparaissent de plus en plus en versions avec moins d'erreurs et plus faciles à utiliser, principalement en mode graphique. Apparaissent également les réseaux informatiques et l'intranet/Internet.

État d'un Processus

L'état d'un processus est défini comme sa position concernant l'utilisation des ressources matérielles de l'équipement. Un processus peut être en cours d'exécution ou bloqué. Fondamentalement, les états possibles d'un processus sont :

1. En cours d'exécution (ou actif) : Le processeur est en train d'exécuter les instructions du programme, et il dispose du temps alloué pour une utilisation du CPU.
2. Prêt : Un processus est prêt à être exécuté ; il attend son tour pour utiliser le temps alloué et accéder aux ressources système.
3. Bloqué : Le processus est retenu pour de multiples raisons. Une des raisons est que deux processus utilisent les mêmes ressources (par exemple, dans un fichier de données).

Temps de service = Temps d'arrivée - Temps d'achèvement.

Temps d'exécution = Temps de service.

Indice = Durée de service / Temps de service.

Hiérarchie du Système d'Exploitation

Le système d'exploitation coordonne les programmes en cours d'utilisation selon 2 niveaux : (logiciel et matériel).

Niveau de hiérarchie 3 (Application, OS, Matériel)

L'application est au fond. Les services fournis aux utilisateurs sont des applications qui intègrent diverses formes d'exploitation. Elles peuvent utiliser les ressources du système, certaines étant multi-utilisateurs. Certains cas sont des services lancés par les systèmes d'exploitation : applications client/serveur, serveurs Web, serveurs de bases de données et autres applications basées sur des serveurs locaux pour des services à travers un réseau.

Ces services peuvent être utilisés pour :

• Créer des programmes (éditeurs, compilateurs, débogueurs).
• Exécuter ces programmes en fournissant des ressources matérielles et logicielles au système.
• Accéder à un fichier de manière contrôlée et sécurisée.
• Accéder de manière contrôlée aux dispositifs d'E/S (Entrée/Sortie).
• Accéder à une information de manière contrôlée et sécurisée.
• Vérifier et corriger les erreurs causées par le matériel ou le logiciel.
• Fournir des informations statistiques, de sécurité et enregistrer ce qui est fait dans le système.

Les services sont essentiels pour le fonctionnement de nombreuses applications et du système d'exploitation. Si ces programmes ou services ne sont pas en cours d'exécution, de nombreuses applications ne fonctionneront pas, ou quelque chose d'aussi courant que l'accès à Internet serait impossible.

Couches du Système d'Exploitation Courant

Les systèmes d'exploitation sont définis par des couches :

• Niveau 3 - Responsable utilisateur : Responsable du contrôle au niveau des processus utilisateur, c'est-à-dire qu'il indique à l'utilisateur quel processus est en cours ou doit s'exécuter.
• Niveau 2 - Superviseur : Responsable de l'exécution de chaque processus et de la communication entre le système et l'utilisateur. Il contrôle, gère et coordonne les entrées/sorties des différents processus vers les périphériques et les périphériques de stockage externes.
• Niveau 1 - Exécutif : À ce niveau, on effectue la gestion du stockage. Il stocke les processus en pages (segmentation, pagination, etc.) à la fois dans la mémoire principale et sur le disque.
• Niveau 0 - Noyau (Kernel) : Responsable du contrôle du CPU. Il parvient à organiser les processus informatiques à exécuter. Ce sont les systèmes d'exploitation multi-utilisateurs. Ce niveau est responsable des tâches de base du système, de la communication avec le matériel, de la planification des processus, etc.

Un système d'exploitation est capable de réaliser les fonctions suivantes : gestion et exécution des programmes, contrôle, gestion et administration des périphériques, contrôle, gestion et administration des processus utilisateurs, contrôle des erreurs système et applicatives, contrôle et gestion de la sécurité contre les intrusions ou virus.

La Mémoire

La partie du système qui gère la mémoire est le gestionnaire de mémoire. Son rôle est clair : tenir un journal des parties de mémoire utilisées et non utilisées. Cet espace est réservé aux nouveaux processus et l'espace des processus terminés est libéré.

Interface Texte

Si le système d'exploitation est au format texte, tous les utilisateurs doivent entrer des commandes et les réponses du système d'exploitation seront présentées ou affichées sous forme de chaînes de caractères. Exemple : Système d'exploitation de type texte : DOS, UNIX. Toutes les commandes sont saisies au clavier et affichées à l'écran.

Interface Graphique

La plupart des systèmes d'exploitation actuels utilisent des moyens de communication graphique entre l'ordinateur et l'utilisateur. Dans ce type d'interface, l'utilisateur utilise la souris. L'information est affichée sur un écran séparé ou par blocs ; ces blocs sont appelés fenêtres et contiennent un certain nombre d'éléments et de cibles utilisés pour envoyer ou recevoir des informations sans avoir à taper quoi que ce soit.

Bloc de Contrôle de Processus (BCP)

Une structure de données appelée Bloc de Contrôle de Processus (BCP) contient les informations suivantes pour chaque processus :

• Statut actuel : Un processus peut être en cours d'exécution, arrêté ou bloqué.
• ID du processus (PID) : Chaque processus se voit attribuer un code (PID). Ce code est généralement le nombre que le système d'exploitation lui affecte, en tenant compte de ses priorités et des paramètres de conception établis pour son utilisation et son niveau.
• Priorité du processus : Cette priorité est déterminée automatiquement par le système d'exploitation en fonction des paramètres de conception. Elle peut être modifiée par l'administrateur.
• Situation dans la mémoire : Compte tenu de la technique utilisée pour localiser les programmes en mémoire et en fonction du type de programme, l'OS essaiera de localiser chaque processus dans une zone distincte de la mémoire ou, au pire, dans des zones de mémoire partagée avec d'autres processus.
• Ressources utilisées : Chaque processus doit disposer de certaines ressources matérielles et logicielles pour s'exécuter. Ces ressources sont mises à la disposition du processus au moment où il commence à s'exécuter. Ces ressources sont gérées par l'OS.