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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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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
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- Version courante de août 2015 par Sacha KRAKOWIAK
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3. Désignation et gestion de l'information
La gestion de l'information et les échanges avec l'extérieur sont une autre grande fonction des systèmes d'exploitation. Les notions de désignation et de liaison sous-tendent tous les aspects de la gestion de l'information, dont la mise en œuvre visible est représentée par les fichiers, les entrées-sorties, le cycle de vie des programmes et leur environnement d'exécution en mémoire virtuelle.
3.1 Noms, chaînes d'accès et liaison
Pour l'étude de la désignation, nous appelons objet toute entité (ressource matérielle ou information) accessible à un processus. Le nom d'un objet est une information associée à l'objet, qui remplit deux fonctions :
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identifier l'objet (le distinguer des autres objets) ;
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fournir un moyen d'accéder à l'objet pour l'utiliser.
On dit que le nom désigne l'objet.
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Un nom n'a pas de signification absolue : il doit être interprété dans un contexte de désignation, qui définit l'ensemble des noms valides et les règles d'interprétation de ces noms. Ainsi, un même nom symbolique, tel que x, peut désigner une variable dans un programme, une machine sur un réseau, un fichier dans un catalogue et, même, plusieurs fichiers différents dans des catalogues différents. De même, un entier peut désigner une adresse en mémoire, un numéro de piste sur un disque, un numéro de port, etc.
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Les règles d'interprétation spécifient la manière d'atteindre l'objet désigné par un nom, en général à travers une suite d'objets intermédiaires, ou relais, qui constituent une chaîne d'accès. Ainsi, le nom symbolique d'un fichier permet d'atteindre un descripteur qui contient lui-même les adresses sur disque des blocs qui composent le fichier. D'une manière générale, la chaîne d'accès se termine par une adresse physique qui permet l'accès direct à l'information ou à l'organe matériel désigné.
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La chaîne d'accès à un objet est constituée par étapes, au cours de la vie des programmes qui l'utilisent. Cette construction, appelée liaison, intervient à différents stades : compilation, édition de liens, exécution. Une liaison tardive permet une plus grande souplesse qu'une liaison précoce, par...
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