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<header><h1>
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Introduction aux systèmes d'exploitation
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</h1></header>
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Le système d'exploitation virtualise la partie hardware pour :
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- Simplifie l'utilisation
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- Gère les ressources physiques
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- Processeur
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- Mémoire principale
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- Entrées-sorties (disques, interfaces réseaux, ...)
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L'OS gère les ressources à l'aide de technique de gestion des mémoires et de partage de ressources
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partageable entre plusieurs utilisateurs (ex : threads).
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Pour ce faire, il
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- connait à tout moment l'utilisateur d'une ressource
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- gère les accès à une ressource
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- accorde l'usage d'une ressource
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- évite les conflits
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Les premiers systèmes d'exploitation étaient des systèmes à traitement par lots.
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Les programmes étaient regroupés en lots et exécutés les uns après les autres.
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Les programmes étaient chargés en mémoire et exécutés sans intervention de l'utilisateur.
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## Machine à transistors
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- Coûtent cher
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- Les utilisateurs ne peuvent pas interagir avec le système
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- Les utilisateurs écrivent leurs programmes en Fortran et en assembleur
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<b><u>Fonctionnement :</b></u>
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1. Programmation d'une carte perforée en Fortran ou en assembleur
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2. L'opérateur prend les cartes perforées et les charge dans le compilateur
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3. L'opérateur récupère les cartes perforées compilées et les charge dans "l'ordinateur"
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4. L'ordinateur exécute le programme
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5. S'il y a une erreur, l'opérateur imprime l'image de la mémoire sur un listing et doit tout recommencer.
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## Systèmes à traitement par lots
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Pour accélérer les opérations, deux méthodes sont utilisées :
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- ***Le traitement par lots (batch processing) :*** Regroupe et traite à la suite les travaux similaires
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- ***Le moniteurs d'enchaînement (linking monitor) :*** Les travaux sont automatiquement enchaîné et
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executé par un programme spécialisé (ancêtre des systèmes d'exploitation)
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- Une place mémoire lui est réservée dans la mémoire centrale qui se divise donc en une zone moniteur
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et une zone utilisateur
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## Sysèmes avec spooling
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Les systèmes avec spooling permettent d'accéder simultanément à plusieurs périphériques d'entrée/sortie.
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Les travaux sont stockés dans une file d'attente (spool) et sont traités par un programme spécialisé.
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Le spooling permet de traiter plusieurs travaux en même temps.
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La mémoire est partagée en quatre programmes :
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- Le programme d'entrée
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- Le programme d'enchaînement
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- Le programme de l'utilisateur
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- Le programme de sortie
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## Système à multi-programmation
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La multi-programmation permet de partager le processeur entre plusieurs programmes.
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Chaque programme est chargé en mémoire et est exécuté en alternance.
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Dès qu'un programme doit lire des données ou écrire des résultats, il est mis en attente et un autre
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programme est exécuté afin d'optimiser l'utilisation du processeur.
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La commutation de l'exécution d'un programme à un autre est assuré par l'**ordonnanceur** (scheduler).
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*Inconvénients :* Les programmes cours, sont pénalisés, car leur temps d'exécution dépend aussi des autres
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programmes en cours d'exécution.
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## Système à temps partagé
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Le système à temps partagé permet à plusieurs utilisateurs d'accéder simultanément à l'ordinateur.
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Chaque utilisateur dispose d'un temps d'utilisation du processeur (time slice) qui est très court (ex. 40 msec).
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## Système temps réel
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Les systèmes temps réel doivent être capables réagire au rythme où les données arrivent et repartent.
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Ils ont des contraîntes plus hautes ques les systèmes à temps partagé, qui peuvent se permettent d'attendre
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alors qu'un système temps réel aurait des conséquences fâcheuses.
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## Systèmes multi-processeur répartis
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Dans un système multi-processeur répartis, chaque processeur dispose de son propre système d'exploitation.
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Les systèmes d'exploitation communiquent entre eux pour partager les ressources.
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# Mécanisme d'entrées-sorties
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Pour accéder aux périphériques, le processeur utilise des mécanismes d'entrées sorties.
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## Les registres d'un processeur
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Les registres contenus dans le processeur sont regroupés selon leur fonctionnalités
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- Registre généraux
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- Registre spécialisés
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- Le **registre d'instruction** IR (Instruction Register) contient l'instruction courante
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- Le **compteur ordinal** PC (Program Counter) contient l'adresse de l'instruction courante
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- Le **registre d'état** SR (Status Register) contient des informations sur l'état du processeur
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Ces regstres caractérisent le contexte d'un programme. Il s'agit de la partie sauvegardée lors d'un
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*switching context* (changement de contexte).
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## Les registres d'un périphérique
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Les périphériques disposent, pour comuniquer avec le processeur, d'un certain nombre de registres:
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- **Registre de données** DR (Data Register) : Contient les données à lire ou à écrire
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- **Registre d'état** SR (Status Register) : Contient des informations sur l'état du périphérique
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- **Registre de commande** CR (Command Register) : Détermine les caractéristiques du périphérique
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## Entrées-sorties en boucle d'attente
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Dans ce mode, le processeur attend que le périphérique soit prêt pour effectuer une opération.
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Le processeur effectue une boucle d'attente jusqu'à ce que le périphérique soit prêt.
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1. Le processeur contrôle le registre d'état du périphérique
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2. Si le périphérique n'est pas prêt, le processeur effectue une boucle d'attente. S'il est prêt :
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3. Le processeur écrit les données dans le registre de données
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4. Le processeur écrit la commande dans le registre de commande
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5. Le périphérique effectue l'opération
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6. Le périphérique met à jour le registre d'état
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7. Le processeur lit les données dans le registre de données
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Si le périphérique notifie le processeur :
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1. Le périphérique va changer son statut
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2. Le processeur va pouvoir aller chercher les données dans le registre de données
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## Les interruptions
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Les interruptions permettent de signaler au processeur qu'un événement s'est produit.
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Le signal est la conséquence d'un évènement interne au programme et résultant de son exécution ou
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externe et indépendant de son exécution. Toute l'information nécessaire pour traiter l'interruption
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est regroupé en mémoire dans deux mots consécutis, appelés **vecteur d'interruption** (vector interrupt).
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On y trouve :
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- L'adresse de la routine de traitement de l'interruption
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- Le registre d'état du processeur pour cette routine.
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Lorsqu'une interruption se produit, le processeur effectue un switching context et exécute la routine.
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On distingue en général au moins trois niveaux d'interruption :
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- Les interruptions externes
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- Les exceptions internes
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- Les appels systèmes
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## La DMA
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La [DMA](/infotro/SEm/DMA) (Direct Access Memory) permet de faire des transferts vers la mémoire rapidement.
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Le processeur laisse le controller DMA accéder au périphérique pour amener les données directement dans la
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mémoire et éviter de perdre du temps en passant par le processeur qui doit faire une copie des données.
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Elle est très utile lorsqu'il y a un grand nombre de données.
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