I1 : Utilisation des systèmes d exploitation des ordinateurs

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1 I1 : Utilisation des systèmes d exploitation des ordinateurs Emmanuel Hainry Table des matières 1 Introduction Une brève histoire de l informatique Fonctions d un ordinateur Architecture d un ordinateur Composants matériels d un ordinateur Composants Périphériques Composants logiciels d un ordinateur Système Pilotes Applications Manipuler un ordinateur Démarrage Session Système de fichiers Gestion des processus Utilisation des outils adaptés Introduction Introduction Ce cours contient de nombreux éléments de l unité c2i B1 S approprier son environnement de travail. Objectifs : Définir informatique et ordinateurs Comprendre le rôle du système d exploitation 1

2 Connaître les systèmes de fichier Savoir manipuler les commandes de base Introduction Compétences à acquérir : Sur différents systèmes d exploitation, l étudiant doit être capable de ouvrir une session ; organiser et manipuler des fichiers en tenant compte des droits d accès ; démarrer et contrôler l exécution d une application ; automatiser l enchaînement de commandes de base. 1.1 Une brève histoire de l informatique Autrefois, les chinois n avaient pas d ordinateur car ils comptaient avec leurs boules. (Perles du bac 2004) 1642 Blaise Pascal crée la pascaline. Il s agit d une machine à calculer capable d effectuer automatiquement des additions, soustractions, multiplications et divisions. pascaline exposée au musée des arts et métiers, Paris.Photo de David Monniaux Wilhelm Schickard, Léonard de Vinci ont créé des machines similaires ; Gottfried Wilhelm Leibniz a amélioré la Pascaline Joseph-Marie Jacquard ( ) invente le métier à tisser qui porte son nom. Cet appareil exécute un programme de tissage écrit sur un ruban perforé. 2

3 domaine public 1833 Charles Babbage ( ) assisté d Ada Lovelace ( ) conçoit la machine à différences. Quelques années plus tard, il conçoit une machine analytique qui ne sera jamais construite. 3

4 domaine public 1876 William Thomson ( , aka Lord Kelvin) conçoit une machine constituée d intégrateurs mécaniques pour résoudre des équations différentielles complexes Hermann Hollerith ( , créateur de ce qui deviendra IBM) fabrique une machine à cartes perforées. photo IBM 4

5 1931 Vannevar Bush ( ) et son équipe fabriquent un analyseur différentiel au MIT : machine programmable continue sur le modèle des travaux de Thomson. Cette machine sera utilisée pour des calculs de ballistique ou d écoulement des fluides dans le cadre de la construction aéronautique Alan Turing ( ) imagine une machine capable d effectuer toutes les tâches que réalise un cerveau humain. La machine de Turing sera en particulier utilisée pour décoder des messages secrets allemands durant la seconde guerre mondiale. Il conçoit à la fois le modèle mathématique encore en vigueur des ordinateurs et une machine implémentant ce modèle Le MARK 1 est créé. Il est fabriqué à l université d Harvard par Howard Aiken à l aide de pièces électromécaniques L ENIAC est la première machine électronique. Il est conçu par J. P. Eckert et J. W. Mauly. 5

6 1946 L EDVAC, premier ordinateur véritablement programmable conçu par John von Neumann Le mot Ordinateur est proposé par Jacques Perret. Il fait écho à la fonction de l ordinateur d ordonner l information Introduction du mot Informatique, construit à partir d information et automatique par Philippe Dreyfus Brian Kernighan et Dennis Ritchie mettent au point le langage C micro-ordinateurs et micro-informatique personnelle 2000 Informatique embarquée by anitasarkeesian 2011 Informatique ubiquitaire (Smartphones, Réfrigérateurs connectés, Cloud...) Ce qui fait un ordinateur Programmable. Un ordinateur se programme : on peut lui ajouter de nouvelles fonctionnalités. Universel. Toute fonctionnalité d un ordinateur peut être ajoutée à mon ordinateur. 1. Von Neumann a également posé les bases des automates cellulaires qui sont un modèle de calcul très riche théoriquement, travaillé en logique mathématique où ses travaux ont contribué à ceux de Gödel et participé au projet Manhattan. 6

7 Ordinateur ou non? Programmable Universel by Brad Montgomery c Hewlett Packard by Glenn Fleishman by shawnc X 7 X X 7 X Fonctions d un ordinateur Fonctions d un ordinateur Les ordinateurs ont par de finition trois fonctions : Calculer Ge rer des donne es Communiquer Calculer En anglais, les ordinateurs (ainsi que les micro-ordinateurs) sont appele s Computers du verbe to compute qui signifie calculer. La ta che par de finition de ces machines est donc de faire des calculs. Par calculer, on n entend pas uniquement faire des additions et des multiplications mais aussi de coder, convertir, manipuler des chiffres. Et comme toute l information que manipule un ordinateur est sous forme nume rique, toutes les ta ches que re alise un ordinateur font intervenir du calcul. Par exemple la diffusion d un fichier musical mp3 demande dans un premier temps de de compresser l information qui est code e sous forme d une suite de chiffres. La fonction de calcul est la fonction fondamentale des ordinateurs, en effet les autres fonctions font tout le temps appel a des calculs. Ge rer des donne es En franc ais, l ordinateur ordonne des informations. Ce deuxie me aspect permet ainsi de ge rer des donne es, c est-a -dire de lire un corpus, d en extraire de l information, de traı ter cette information et de l e crire ou la sauvegarder. La sauvegarde, l enregistrement est bien e videmment primordiale pour tout travail sur ordinateur, que ce soit pour un document e crit (curriculum vitae, rapport de stage...) ou toute autre forme de ta che comme la programmation, la configuration... Une autre ta che importante lie e a la gestion de donne es est la recherche d informations. Retrouver des informations parmi ses donne es ou parmi les donne es disponibles est de plus en plus difficile et important. Il s agit la encore d un aspect de la gestion de donne es. Communiquer Un ordinateur doit communiquer avec son utilisateur. Il peut e galement communiquer avec d autres ordinateurs et me me d autres mate riels. 7

8 La première pensée lorsque l on entend communication pour les ordinateurs est liée aux réseaux et à internet. Cette utilisation de l ordinateur comme outil de communication (messagerie instantanée, courriel, téléphonie...) et d accès à l information via le web est pourtant très récente puisqu elle ne s est réellement développée que depuis les années La communication revêt un autre sens puisque l on considère que les interactions entre l homme et la machines relèvent de la communication. De même, les différents composants peuvent avoir à communiquer entre eux. La fonction de base des logiciels entre en général dans les fonctions de calcul et de gestion de données, mais ce que voit l utilisateur prend de plus en plus d importance, et cela relève de l interface homme-machine. 2 Architecture d un ordinateur 2.1 Composants matériels d un ordinateur Composants matériels Les composants matériels servent d une part à communiquer ou interagir avec l utilisateur et d autre part à réaliser les travaux que l on attend de l ordinateur Composants Le microprocesseur Le microprocesseur est le cœur du micro-ordinateur. puce électronique dispositif de refroidissement exécution d opérations basiques sa fréquence détermine le nombre d opérations par secondes. 8

9 La mémoire ROM = Read Only Memory (mémoire morte) n est jamais modifiée contient peu d information porte le firmware, le bios RAM = Random Access Memory (mémoire vive) volatile accès rapide contient les programmes en cours d exécution se mesure en bits ou octets. multiples : Méga, Giga, Téra Le bus transport de passagers lien entre les points névralgiques goulot d étranglement Certaines données sont cachées auprès du microprocesseur pour éviter d attendre le bus. La carte mère Plaque tournante du micro-ordinateur comporte le micro-processeur, la mémoire connecteurs pour les autres périphériques 9

10 La carte graphique lien entre la carte mère et le ou les écrans comporte de la mémoire vive comporte un processeur spécialisé cartes réseau Carte ethernet modem Carte WiFi Autres carte son prise pour des enceintes. connecteurs PCI connecteurs ATA connecteurs USB connecteurs PCMCIA (ordinateurs portables) Périphériques Périphériques de communication Les périphériques de communication avec d autres ordinateurs peuvent être par exemple modem carte ethernet LAN carte WiFi (ou clef wifi) clef internet 3G Périphériques de communication avec l utilisateur Écran Imprimante Hauts-parleurs Clavier 10

11 Souris Joystick Webcam Sortie Sortie Sortie Entrée Entrée Entrée et sortie Entrée Périphériques de gestion de données Ces éléments permettent de conserver les données Stockage de masse (disque durs) Stockage externe (lecteurs/graveurs de CD, DVD, bandes magnétiques, autres) Stockage temporaire (clefs USB, disquettes, cartes mémoires) Capacité (en Mo ou Go) Vitesse (en Hertz) Débit (en bits/s) Exemple Processeur double coeur Intel r Pentium r E2180 (2GHz, 1Mo Cache L2, FSB 800MHz) 3072 Mo, 160 Go Grand écran 22 60Hz / multimédia / 5ms) Graveur DVD+/-RW 16x Vidéo nvidia r GeForce TM 7050 jusqu à 1024Mo total partagés Lecteur de cartes 8 en 1 Windows r Vista TM Edition Familiale 11

12 Exemple Intel r Celeron Processor 550 (2.0Ghz, 533 MHz FSB, 1 MB L2 cache) Ubuntu Edition version 8.04 Webcam 2 mégapixels intégrée Ecran large WXGA de 15,4 pouces (1280 x 800) doté de la technologie TrueLife TM 1024 Mo de mémoire bicanale SDRAM DDR2 667 MHz [2x512] Disque dur SATA 120 Go 5400 tpm Carte graphique Intel r Graphic Media Accelerator X3100 intégrée Graveur optique DVD+/-RW 8X Batterie principale LITHIUM-ION 24 Wh à 4 cellules Minicarte Intel r Pro/Wireless a/b/g 2.2 Composants logiciels d un ordinateur Système Système d exploitation gère les ressources matérielles les rend disponibles pour les applications Par exemple écriture sur le disque dur, envoi d une information dans le cable réseau. Applications Système d exploitation Matériel 12

13 Système d exploitation Windows 2, Mac OS X, GNU/Linux 3, NetBSD 3, Symbian OS... multi-utilisateur / mono-utilisateur multi-tâches / séquentiel UNIX et dérivés Unix est une famille de systèmes d exploitation définies par la norme Posix Création Unics 1977 Version BSD (V5). BSD se ramifiera en openbsd, netbsd, freebsd, PC-BSD, Dragonfly-BSD Linux. Donnera naissance à Android Mac OS X. Forké en ios. Historique d UNIX Source : wikipedia POSIX (Portable Operating System Interface) La norme POSIX spécifie un certain nombre de commandes et de fonctions qui doivent être présentes dans un système. Par exemple 2. Gratuit pour les étudiants 3. Libre et gratuit 13

14 Comment créer et contrôler des processus. Reprise sur erreur. Accès fichiers. Commandes man, apropos, at, grep... Système d exploitation Couche entre le matériel et les applications Applications Système d exploitation Matériel Cas des machines virtuelles Une machine virtuelle est une application se faisant passer pour un matériel à part entière. Applications Applis autre SE VM Système d exploitation Matériel On peut ainsi essayer un nouveau système sans remplacer celui déjà présent. Migration d un serveur sans rupture de service Test de la compatibilité ascendante sans casse Services indépendants simultanément accessibles Note : les machines virtuelles sont différentes des émulateurs. Machines virtuelles Exemples : VMWare, VirtualBox, Xen, Parallels, KVM... Application classique Choix du Système d Exploitation à démarrer L image du système peut être sauvegardée ou non après la session Protection contre les malwares Faire tourner des applications linux sous windows et inversement 14

15 2.2.2 Pilotes Pilotes (drivers) Les pilotes sont les logiciels dont se sert le noyau pour utiliser le matériel. Chaque périphérique nécessite son pilote. Les pilotes peuvent être intégrés au noyau, en être des modules ou être externes Applications Applications Les applications sont les programmes que l utilisateur manipule. Chacune a son utilité, sa configuration, les données qu elle manipule. Unix : chaque programme ne fait qu une seule chose mais il la fait bien. Applications : exemple Navigateur internet Plusieurs existent (Mozilla firefox, Microsoft Internet Explorer, Opera, Safari...) Plusieurs tâches simples : accès au réseau, téléchargement page html, interprétation html, affichage page, interaction utilisateur (clavier/souris) Des logiciels complexes Données : Configuration utilisateur, page oueb, images, plugins... 3 Manipuler un ordinateur 3.1 Démarrage Démarrage d un ordinateur Mise sous tension Exécution du BIOS Boot-loader Démarrage du système Login 3.2 Session Ouverture et fermeture de session Multi-utilisateur session utilisateur Login Logout Plusieurs utilisateurs peuvent être connectés simultanément. Droits d accès aux fichiers et aux programmes propres à chaque utilisateur. Présence d un super-utilisateur (nommé root sous Unix, administrateur sous Windows). 15

16 Le super-utilisateur peut interrompre les sessions des autres utilisateurs. À cet exception, aucun utilisateur ne peut terminer la session d un autre. 3.3 Système de fichiers Système de fichier Sauvegarde sur disque linéaire (suite de 0 et de 1 (voir I2)). Données apparaissent rangées dans des dossiers rangés dans des dossiers... Fichier : nom et dossier le contenant Dossier : nom et dossier le contenant chemin complet : suite des dossiers puis nom du fichier C:\Documents and Settings\Roger\Desktop\image.png /home/roger/desktop/image.png. Système de fichiers L ensemble des fichiers et dossiers forme une arborescence.. -- Downloads -- B1.pdf -- wien.ps -- zeno.jpg -- alire -- Athlon-Powersaving.gz -- BLUEBOOK.PDF -- Bash-prog.gz -- LN402chap1.pdf -- LN402debut.pdf -- MSMF_1984_2_13 1_0.pdf -- SDPP_ _2_A3_0.pdf -- SDPP_ _2_A6_0.pdf -- Troff -- cmus.pdf -- groff.pdf -- groff7.pdf -- groff_man.html -- screen.pdf -- langii.pdf -- cerisier.jpg -- comptes.xhb -- games.tc -- garrft.pdf -- temp -- Hiragana Practice.pdf -- texlive_port_doc pdf 16

17 Représentation sur le disque Un disque dur est constitué de plusieurs plateaux, chacun comprenant plusieurs cylindres découpés en secteurs. Chaque secteur représente en général 512 octets. Un fichier de plus de 512 octets sera donc réparti sur plusieurs secteurs (si possible contigus), la fin d une partie est suivie par le numéro du secteur suivant. Ainsi, indiquer le secteur où commence un fichier suffit à lire le fichier en entier. Un dossier sera simplement un pseudo-fichier contenant les associations nom de fichier / secteur initial. Dans l exemple précédent, le dossier considéré contient 3 dossiers (Downloads, alire et temp) et 4 fichiers réguliers. Il pourra être représenté par Downloads 123 alire 124 cerisier.jpg 137 comptes.xhb 155 games.tc 917 garrft.pdf 223 temp 199 Si je cherche le secteur 123, j y trouverai le contenu de Downloads. Il s agit d un dossier, donc d une liste de fichiers et dossiers, etc. Arborescence Dans l exemple précédent, ils manque deux choses : qu est-ce qui est un dossier, qu est-ce qui est un fichier. comment remonter dans l arborescence On ajoutera quelques informations (type de fichier, droits) en plus du nom et de la localisation. On ajoutera aussi un pointeur vers le dossier parent. Système de fichiers La séparation de fichiers sur des secteurs qui ne se suivent pas est appelé la fragmentation. Elle ralentit la lecture des fichiers. Il existe des stratégies différentes pour stocker les fichiers en évitant la fragmentation différents systèmes de fichiers (FS) FAT12, FAT16, FAT32 : systèmes utilisés historiquement par DOS et compris par tous les SE modernes. FS de préférence pour les clefs USB. NTFS : système utilisé par les Windows récents. Gère les noms longs, les droits, la fragmentation... ext2, ext3, ext4 : FS développé pour GNU/Linux. Gère les noms longs, les droits, la fragmentation, depuis le 3 la journalisation... HFS, HFS+, HFSX : FS choisi par Mac OS X. 17

18 NFS, CIFS, AFS : FS en réseau. ZFS : FS développé pour les très gros disques durs. D autres fonctionnalités existent (systèmes de fichiers à base de données, FS sans duplication, FS spécialisés pour mémoire flash...). 3.4 Gestion des processus Processus Un processus est une tâche exécutable par l ordinateur. Chaque application peut utiliser plusieurs processus. Un processus peut lui-même lancer des processus. Les processus s exécutent en théorie en parallèle. Cependant, un processus peut attendre le résultat d un autre. Donc différents états : Exécution, Attente, terminé... Analogie Un cuisinier monoprocesseur prépare un plat (processus 1). Il se blesse et donc interrompt le processus 1 pour lancer une tâche de soin (processus 2). Pour se soigner, il lance une sous-tâche : désinfecter la plaie (processus 3). Une fois le processus 2 achevé, il reprend le processus 1 où il l avait laissé. Notion de priorité entre les processus. Contexte d exécution, données, pointeur de programme conservés en cas d interruption. Arbre des processus. États d un processus Initialisation Terminé Prêt Endormi Exécution Arborescence des processus Chaque processus est lancé par un processus père et peut lancer des processus fils. Arborescence des processus. 18

19 Pour qu un père termine, tous ses fils doivent se terminer (et pour qu ils se terminent, tous leurs fils doivent se terminer, et pour...) Dans le cas où un processus père meurt pour cause d erreur, qu arrive-t-il aux fils? Cas des zombies Il est possible d interagir avec les processus (leur envoyer des signaux). 3.5 Utilisation des outils adaptés Utilisation des outils adaptés Familles d applications (par exemple les traitements de texte) Incompatibles entre eux formats de fichiers propriétaires vs formats standards Formats d échange La transmission de fichiers doit se faire autant que faire se peut à l aide de formats dont on est certain que le destinataire saura les lire. Il est conseillé pour cela d utiliser un format standard d échange. Dans le cas d un document texte, les formats préconisés vont être d une part le PDF (Portable Document Format), format standard pour lequel existent des visionneuses pour tous les systèmes classiques ou le RTF (Rich Text Format) format simple de mise en forme de textes qui même s il n est pas entièrement standardisé est relativement bien reconnu par tous les traitements de texte. PDF : mise en page fixée, lisible partout, pas modifiable RTF : modifiable, mise en page hasardeuse Références Références 1. Étienne Samyn et Lionel Medini, «S approprier son environnement de travail», http: // Pierre Morvan, «Dictionnaire de l informatique», Larousse, Moncef Mlouka et Bernard Hidoine, «Machines à calculer», info/jcms/c_15272/machines-a-calculer, William Gibson et Bruce Sterling, «La machine à différences», J ai lu, Robert Harris, «Enigma», Pocket,