se_part1 by Ayoub Bouchebkat

BTS Génie informatique

14 novembre 2011

Introduction au SE

14 novembre 2011

Kénitra

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Noyau

Tout d’abord on se pose les questions suivantes: Qu’est que un système d’exploitation? Que fait-il?

LES SYSTEMES D’EXPLOITATION Gestion des processus

Quelle est son utilité? Gestion des processus

Préparé et présenté par: hamid MACHHOUR

Gestion de la mémoire centrale

1 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

Cours SE

Introduction au SE 14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

hamid MACHHOUR

Introduction au SE

14 novembre 2011

Évolution des SE

BTS GI-kénitra

Introduction au Système d’exploitation

Un ordinateur sans son logiciel ne sert strictement à rien; Grâce au logiciel, l’ordinateur peut écrire une lettre, corriger des fautes d’orthographe, reconnaître des formes,simuler le comportement d’une fusée ou d’une aile d’avion avant de la construire.

Évolution des SE

Noyau

Au fil des années, les logiciels ont évolué dans plusieurs directions;

Gestion des processus

Logiciels d’application: tableurs,les traitements de textes, logiciels de gestion et de comptabilité, logiciel pour la conception assistée par ordinateurs…

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Les logiciels utilitaires: aident à développer les applications;compilateurs,assembleurs,les éditeurs de liens,les chargeurs et les débogueurs.

Gestion de la mémoire centrale

Système d’exploitation: coordonne l’ensemble des tâches essentielles à la bonne marche du complexe matériel et assure la gestion de ses ressources. Facilite aussi le travail des utilisateurs en se chargeant de toutes les tâches complexes et fastidieuses(contrôle des périphériques ou le stockage et la gestion des fichiers…)

Applications utilitaires Système d’exploitation

Matériel 3 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

4 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

au SE Ecole Introduction Normale Supérieure

14 novembre 2011

Introduction SE Ecole Normale Supérieure

14 novembre 2011

FES

Introduction au Système d’exploitation

Faciliter la tache de l’utilisateur en lui présentant une machine(virtuelle) plus simple à exploiter que la machine réelle et en assurant un service fiable.

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Assurer l’exploitation efficace et économique des ressources critiques de l’ordinateur

Évolution des SE

Super-ordinateur: oUnix et les versions d’unix; oXenix oUltrix oAix

Des exemples de systèmes d’exploitation:

Noyau

oUnicos(sur cray)

Noyau

De micro-ordinateurs:

oSolaris(sur sun)

oDOS(MS-DOS version de MICROSOFT) Gestion des processus

oLinux(freeware) Gestion des processus

(PC-DOS version de IBM) oOS/2 oMacOS

Gestion de la mémoire centrale

oWINDOWS NT oUNIX oOpenstep Cours SE

5 BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

Cours SE

objectifs d’un SE

hamid MACHHOUR

Partage de ressource

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

BTS GI-kénitra

Introduction au Système d’exploitation

• Nous commençons par examiner l’objectif général d’un SE et classer les # SE existants. • En générale un SE satisfait les 2 principale fonctions suivantes

Évolution des SE

Système d’exploitation Noyau

Noyau

R1 Gestion des processus

– Partager les ressources – Présenter une machine virtuelle à l’utilisateur

Gestion des processus

R2 Rn

Gestion de la mémoire centrale

Ressources partagés

Processus utilisateurs en attentes

7 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

8 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

Machine virtuelle

Les # types de SE

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Noyau

• • • • • •

Introduction au Système d’exploitation

E/S La mémoire Gestion de fichiers La protection et la gestion des erreurs L’interaction des programmes Le contrôle des programmes (langage de commande)

Évolution des SE

Noyau

Gestion des processus

Système d’exploitation Gestion de la mémoire centrale

Utilisateur Gestion de la mémoire centrale

Machine virtuelle

• Mono-utilisateur • Process control (contrôle de processus) • Système d’interrogation de fichiers • Système transactionnel • Système généraliste

9 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Cours SE

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

Gestion des processus

• Offrir une machine virtuelle qui: – Facilite l’exploitation de multiple produit (programme) – Permet à l’utilisateur de développer et d’exécuter ses propre programme.

Évolution des SE

Noyau

• •

Control par ordinateur d’un processus industriel Exemple: – –

•

Control d’une raffinerie d’hydrocarbure Control d’une capsule spatiale

Fournir une sécurité optimal avec le minimum d’intervention de l’opérateur et de rester en fonction même en cas d’incident matériel.

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouv rir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouv rez à nouv eau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, v ous dev rez peut-être supprimer l'image av ant de la réinsérer.

Contrôler

Processus industriel

Ordinateur

Établir l’équilibre

11 hamid MACHHOUR

Process control

Gestion de la mémoire centrale

BTS GI-kénitra

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Cours SE

hamid MACHHOUR

Process control (contrôle de processus)

Mono-utilisateur 14 novembre 2011

Évolution des SE

BTS GI-kénitra

État d’équilibre

12 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Système d’interrogation de fichiers

Système transactionnel

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Noyau

Introduction au Système d’exploitation

• Interrogation de grande ensemble de données (Data base) • Réponse rapide au requêtes utilisateurs • MAJ de la bases de données

Évolution des SE

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

• MAJs fréquentes des Bases de données – Plusieurs fois par fraction de seconde • Données sécurisées • Exemple: – Système bancaire – Réservation de place sur ligne aérienne

13 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Cours SE

Système généraliste 14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

Gestion des processus

hamid MACHHOUR

JOB

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Évolution des SE

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• Utilisé sur ordinateurs caractérisé par un grand nombre d’utilisateurs exploitant une large variété de tâches. • Conçu pour supporter un flot continue de travaux rassemblés en « jobs » • Notre cours sera autour de ce type de systèmes

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

• Effectue un traitement spécifique • Exemple de jobs: – Analyse des données – Résolution d’équation différentielle – Modifier un programme, le compiler et enfin l’exécuter.

15 Cours SE

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hamid MACHHOUR

16 Cours SE

BTS GI-kénitra

hamid MACHHOUR

deux classes de Système généraliste

Système BTCH

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

• BTCH (Batch) • Multi-accés

Noyau

• Impossibilité pour l’utilisateur d’agir sur le déroulement d’un job après son introduction dans l’ordinateur

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Job

ordinateur Résultat

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hamid MACHHOUR

Cours SE

Système multi-accés 14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

hamid MACHHOUR

Système multi-accés

14 novembre 2011

Évolution des SE

BTS GI-kénitra

• Par #ce au système batch, un utilisateur peut contrôler son job à partir d’un terminal.

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

– Corriger les erreurs de compilation, – Soumettre de nouvelles données, etc.

Gestion des processus

Noyau

Gestion des processus

Job

Gestion de la mémoire centrale

• Beaucoup de SE combinent entre les traitements Batch et mutliaccés – Combiner entre développement de programmes ou traitement de texte et gestion de stock ou de paie

ordinateur Résultat 19 Cours SE

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hamid MACHHOUR

20 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Constituants d’SE

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Évolution des SE

Noyau

• Pour étudier les constituants d’un système d’exploitation nous allons tenter d’ en bâtir un de manière théorique, notre but sera de développer logiquement étape après étape notre SE théorique. • La structure finale de notre SE ressemblera en quelque sorte à un oignon.

Matériel

Introduction au Système d’exploitation

Noyau Évolution des SE

Gestion de la mémoire Gestion des E/S

Noyau

Gestion des fichiers

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

•

Notre orientation de la conception serait de l’intérieur vers l’extérieur ou bien « bottum-up » Chaque couche représente une fonction particulier dépendante des fonctions internes

21 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Cours SE

BTS GI-kénitra

Constituants d’SE 14 novembre 2011

Noyau

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Matériel

Introduction au Système d’exploitation

Noyau Évolution des SE

Les principales fonctions du noyau [kernel]sont: L’allocation du CPU. Gestion des interruptions.

Évolution des SE

Gestion de la mémoire Gestion des E/S

Noyau

Gestion des fichiers Gestion des processus

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Gestion des processus. Le noyau est la seule partie du système qui doit entièrement résider en mémoire centrale. Ses fonctions impliquent des interventions fréquentes et rapides. Pour les mêmes raisons et à cause de l’occupation permanente d’une partie de la mémoire, le codage du noyau doit être particulièrement soigné. C’est en effet la couche du système la plus sollicitée et qui est donc souvent codée en assembleur, le reste étant codé en langage évolué orienté système.

49 Cours SE

BTS GI-kénitra

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50 Cours SE

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Noyau

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

|Allocation du CPU

| Gestion des interruptions Évolution des SE

L’allocateur[dispatcher] est responsable de la répartition du temps disponible de l’unité de traitement( ou des unités de traitements dans le cas d’une architecture multi-processeurs) entre les différents processus.

Noyau

Sa tâche implique la gestion d’une file d’attente dans laquelle les processus prêts à utiliser le CPU sont classés par ordre de priorité. La priorité d’un processus est attribué par le planificateur[scheduler] selon l’urgence du traitement et les ressources requises; elle est ensuite modifiée dynamiquement sur la base du temps d’attente entre deux exécutions partielles. Le dispatcher se contente d’allouer le CPU au processus qui se trouve en tête de la queue au moment où le CPU devient disponible.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

L’allocateur doit aussi sauvegarder l’état du processus dont l’exécution s’interrompt et doit fournir au CPU les éléments de l’environnement du processus désigné comme successeur. Où sont sauvegardées les informations concernant l’état des processus? On associe à chaque processus une zone mémoire contenant toutes les informations essentielles telles que son indicateur, sa priorité, son contexte, son statut (par exemple actif, s’il est maître du CPU;prêt s’il est chargé en mémoire et s’il a toutes les ressources sauf le CPU; en attente, s’il est sur disque dans l’attente d’être en possession des périphériques et de l’espace mémoire nécessaire; suspendu,terminé,etc.),ses besoins en ressources,etc.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

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Noyau

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Noyau

Cours SE

|Allocation du CPU

Introduction au Système d’exploitation

| Gestion des interruptions

Dans tous les cas où il faut changer le processus maître du CPU. Par exemple, lorsque le processus exécutant déclenche une opération d’ E/S, ou lorsqu’une interruption d’horloge signale que la tranche de temps allouée s’est écoulée et qu’il faut suspendre l’exécution, il faut alors attribuer le CPU à un autre processus. Le dispatcher sera aussi activé dès qu’une interruption externe modifie l’état du processus maître du CPU, ou le rend momentanément inopérant(par exemple traitement d’une erreur). 53

Gestion de la mémoire centrale

Cours SE

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|Allocation du CPU | Gestion des interruptions

Évolution des SE

Noyau

Dans quels cas fait-on appel au dispatcher? Gestion des processus

BTS GI-kénitra

Noyau

14 novembre 2011

on appelle ce bloc d’informations vecteur d’état, ou descripteur, ou image du processus. Ces descripteurs sont regroupés dans une structure de données et peuvent être atteints par pointeur à partir d’une table centrale. Cette structure est naturellement accessible aux programmes du noyau.

Évolution des SE

hamid MACHHOUR

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

La tâche de ce module est de déterminer la source de l’interruption et d’activer la procédure de service, ou de réponse correspondante. Parmi les interruptions qu’il faut traiter à ce niveau, il faut inclure les interruptions internes provoquées, par exemple, par la détection d’une erreur, ou par une action requérant le passage à l’état superviseur, ainsi que toutes les interruptions externes. Comme exemples d’actions causant le passage à l’état superviseur, on peut citer le cas d’un utilisateur essayant d’exécuter une instruction privilégiée ou cherchant à accéder à une information protégée etc. 54 Cours SE

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hamid MACHHOUR

Noyau: récapitulatif

Noyau: État d'un processus

14 novembre 2011

Introduction au Système d’exploitation

Gestion de processus

Allocation de la CPU

Gestion d’interruption

Introduction au Système d’exploitation

NEW

TERMINATED

admitted

interrupt

READY

scheduler dispatch

exit

Évolution des SE

Noyau Noyau Noyau Noyau Noyau Noyau

Noyau

Noyau Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouv rir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouv rez à nouv eau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, v ous dev rez peut-être supprimer l'image av ant de la réinsérer.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

Chargement en mémoire Fin du quantum Fin d’E/S

Niveau DD Cours SE

completion of IO or event

RUNNING wait on IO or event

WAITING

Fin d’exécution

Gestion des processus

Exécution

Gestion de la mémoire centrale

CHARGEMENT

TERMINE

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peutêtre de mémoire pour ouv rir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouv rez à nouv eau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, v ous dev rez peutêtre supprimer l'image av ant de la réinsérer.

E/S Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouv rir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouv rez à nouv eau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, v ous dev rez peut-être supprimer l'image av ant de la réinsérer.

E/S

PRÊT

Demande E/S Interruption

Niveau Mémoire BTS GI-kénitra

CPU

EXÉCUTE

ATTEND

hamid MACHHOUR

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

2.Ordonnancement des processus: Sur les systèmes multiprocessus, c'est l'ordonnancement qui détermine le processus auquel est accordé le contrôle de l'UC.

Noyau

2.Ordonnancement des processus: L'Ordonnanceur à moyen terme [ Permutateur Swapper ], introduit et extrait les processus de la mémoire.

Noyau

L'Ordonnanceur à court terme [Répartiteur Dispatcher ], attribue l'UC à un processus chargé dans la mémoire principale et prêt à être exécuté.

L'ordonnancement peut être divisé en trois grandes étapes: à court terme, à moyen terme et à long terme. Gestion des processus

Gestion des processus

L'ordonnancement à long terme (ou ordonnancement de travaux), définit les tâches ou les processus qui peuvent se disputer les ressources du système.

Gestion de la mémoire centrale

Généralement, le répartiteur alloue l'UC pour une période de temps définie. Un processus devant libérer l'UC après la fin du délai qui lui était imparti, retourne dans le pool de processus dans le quel le répartiteur sélectionne le processus à exécuter.

Gestion de la mémoire centrale

Son principal objectif consiste à fournir à l'Ordonnanceur à moyen terme des travaux en nombre approprié. 61 Cours SE

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

hamid MACHHOUR

Cours SE

Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus Évolution des SE

Noyau

Gestion de la mémoire centrale

3.Etat des processus: Dans les cas les plus simples, l'ordonnancement se compose uniquement de l'ordonnancement à court terme. Avec un tel système, un processus peut connaître quatre états:

Évolution des SE

Noyau

Bloqué [blocked] : état d'un processus qui attend l'apparition d'un événement avant de pouvoir continuer à s'exécuter. Gestion des processus

Prêt [ready]: état d'un processus qui n'est pas alloué à l'UC, mais qui est prêt à être exécuter. En exécution [running]: état d'un processus exécuté sur une UC. Terminé [terminated]: état d'un processus qui a terminé son exécution, mais dont l'enregistrement est conservé par le système d'exploitation.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

3.Etat des processus: L'ordonnancement à moyen terme comporte deux autres états de processus: Permuté bloqué [swapped blocked]: état d'un processus qui attend l'occurrence d'un événement et qui a été extrait vers la mémoire auxiliaire. Permuté prêt [swapped ready]: état d'un processus qui est prêt à être exécuté, mais qui est placé dans la mémoire auxiliaire. Un processus permuté prêt ne peut être alloué à l'UC, puisqu'il ne se trouve pas dans la mémoire principale.

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Gestion des processus

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

3.Etat des processus: Il existe un autre état propre à l'ordonnancement à long terme:

Noyau

3.Etat des processus: Noyau

Suspendu [held] : état d'un processus qui a été créé, mais qui n'est pas pris en compte pour le chargement en mémoire ou l'exécution. Il s'agit généralement des processus nouveaux.

Gestion des processus

Une fois qu'il a quitté l'état suspendu, un processus ne peut plus y revenir.

Gestion de la mémoire centrale

En fonction du nombre d'ordonnanceurs mis en œuvre, et par conséquent, du nombre d'états qui entrent en jeu, différents modèles d'états peuvent être créés pour décrire le comportement d'un système.

Gestion des processus

La figure qui suit décrit la totalité du modèle à sept états et les transitions qui existent entre ces états.

Gestion de la mémoire centrale

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

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Cours SE

Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus Évolution des SE

3.Etat des processus:

3.Etat des processus: Suspendu

Noyau

Permuté prêt Fin des E/S

Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

Gestion des processus

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Gestion des processus

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Permuté bloqué

Permutateur

Répartiteur

Prêt

Sortie

Fin des E/S

Interruption de l’horloge En exécution

Terminé

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Permutateur

Bloqué

Attente d’E/S

Création d'un processus → suspendu: lors de sa création, un processus est placé en état suspendu. Suspendu → permuté prêt ou suspendu → prêt: active le processus, en mettant un autre processus à disposition pour la gestion par l'ordonnanceur à moyen terme. Comme il arrive qu'il manque de la mémoire pour un autre processus introduit, les processus suspendus peuvent devenir des processus permutés prêts. Un système d'exploitation a la possibilité d'introduire en mémoire principale tout nouveau processus et d'en extraire un processus plus ancien si la mémoire est insuffisante.

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

3.Etat des processus:

Permuté prêt → prêt : un processus est introduit lorsque suffisamment de mémoire est disponible, ce qui arrive dans un certain nombre de cas:

Noyau

l'ordonnanceur à moyen terme a fait de la place en retirant d'autres processus.

Gestion des processus

Des processus ont libéré de la mémoire qui leur était auparavant allouée. Ou bien encore des processus ont pris fin libérant ainsi toute la mémoire qui leur était alloué.

Gestion de la mémoire centrale

Permuté bloqué → bloqué : un système peut également décider d'introduire en mémoire principale des processus bloqués, bien que tous les systèmes d'exploitation n'optent pas forcément pour une telle transition. Quoi qu'il en soit, un processus bloqué ne peut être exécuté; c'est pourquoi le fait de le placer en mémoire peut donner l'impression de gaspiller cette ressource. Cette décision se révèle cependant astucieuse dans certains cas, notamment s'il s'agit d'un processus de haute priorité ou bien si le système est très peu chargé et si de la mémoire inutilisée est disponible. Dans les deux cas, le passage d'un processus permuté bloqué en état bloqué lui permet de s'exécuter plus rapidement, une fois que la condition de blocage est remplie.

Noyau

Gestion de la mémoire centrale

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

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Cours SE

Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus Évolution des SE

3.Etat des processus:

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

Noyau

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Gestion des processus

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3.Etat des processus:

Prêt → permuté prêt ou bloqué→ permuté bloqué : l'ordonnanceur à moyen terme extrait de la mémoire les processus pour libérer des ressources mémoire au profit d'autres processus, ce qui arrive lorsque des processus ont demandé davantage de mémoire.

Noyau

Gestion des processus

Permuté bloqué → permuté prêt ou bloqué→ prêt : un processus dans l'un des états bloqués attend qu'un événement survienne. Lorsque c'est le cas, le processus est transféré à l'état prêt correspondant.

Gestion de la mémoire centrale

En exécution → prêt : les processus sont alloués à l'UC pour une durée définie appelée tranche de temps. Si un processus ne se bloque pas ou s'il libère volontairement l'UC avant la fin de la tranche de temps qui lui est impartie, une interruption de l'horloge (TRO, timer runout) transfère le contrôle au système d'exploitation et à l'ordonnanceur à court terme. Ce dernier passe ensuite le processus en état prêt et choisit le prochain processus à exécuter. Prêt → en exécution : lorsque aucun processus n'est alloué à l'UC, l'ordonnanceur à court terme sélectionne le prochain processus d'exécution dans le pool de processus prêts.

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

3.Etat des processus:

En exécution → bloqué : les tâches telles que la réalisation d'opérations d'E/S, la communication avec d'autres processus ou l'attente des conditions du système sont contrôlées par des facteurs externes au processus.

Noyau

Dans la plupart des cas, l'exécution en continue du processus doit être suspendue, jusqu'à la notification que la tâche a bien été achevée ou que la condition spécifié est survenue. Pour éviter à l'UC de rester inactive pendant que le processus attend un événement, celui-ci est bloqué pour que l'UC puisse être attribuée à un processus exécutable.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

En exécution → terminé : les processus en cours d'exécution prennent fin en accomplissant une action non autorisé, ou en achevant normalement l'exécution de leur code.

Noyau

Tout état → terminé : bien que cette situation ne soit pas représentée dans la figure précédente un processus peut prendre fin suite à une action externe. L'état du processus n'a pas d'importance: le système d'exploitation ou un autre processus peuvent être en mesure de mettre fin à un processus, en le passant en état terminé.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

73 Cours SE

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Gestion des processus

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Cours SE

Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus Évolution des SE

4.Critères d’ordonnancement:

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

Noyau

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Gestion des processus

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4.Critères d’ordonnancement:

L'objectif d'un algorithme d'ordonnancement consiste à identifier le processus qui conduira à la <meilleure> performance possible du système. La liste qui suit passe en revue des critères d'ordonnancement fréquemment utilisés. Dans certains cas, les différents critères sont complémentaires; ils font appel à des techniques différentes pour mesurer les caractéristiques de performance élémentaire. Dans d'autres cas, ils sont contradictoires: ainsi, l'amélioration de la performance en fonction d'un critère aura un effet négatif sur celle évaluée suivant un autre critère. Il est donc impossible de concevoir un algorithme qui optimise simultanément tous les critères.

Noyau

Utilisation de l'UC : Pourcentage de temps pendant lequel l'UC exécute un processus.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

La charge imposée au système affecte le niveau d'utilisation; on atteint en effet plus facilement une utilisation intensive sur les systèmes très chargés. L'importance de ce critère varie généralement en fonction du degré de partage du système. Pour un système avec un seul utilisateur, l'utilisation de l'UC a relativement peu d'importance. En revanche, sur les gros systèmes à temps partagés, il peut s'agir du premier élément à prendre en compte.

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

4.Critères d’ordonnancement:

Utilisation répartie :

Noyau

Pourcentage du temps pendant lequel est utilisé l'ensemble des ressources. Plutôt que d'évaluer uniquement l'utilisation de l'UC, l'utilisation de la mémoire, des périphériques d'E/S et d'autres ressources systèmes est également prise en compte.

Gestion des processus

Débit : Nombre de processus pouvant être exécutés par le système sur une période de temps donnée. Le calcul du débit doit prendre en compte la longueur moyenne d'un processus. Sur des systèmes aux processus longs, le débit est inférieur à celui des systèmes aux processus courts.

Gestion de la mémoire centrale

Temps de rotation :

Noyau

Durée moyenne qu'il faut pour qu'un processus s'exécute. Le temps de rotation d'un processus comprend tout le temps que celuici passe dans le système; il peut être calculé en soustrayant l'heure à laquelle a été créé le processus de celle où il a pris fin. Il est inversement proportionnel au débit.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

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Cours SE

Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus Évolution des SE

4.Critères d’ordonnancement:

Temps d'attente :

Noyau

Durée moyenne qu'un processus passe à attendre.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

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Temps de réponse : Sur les systèmes interactifs, temps moyen qu'il faut au système pour commencer à répondre aux entrées de l'utilisateur.

Choisir le temps de rotation comme mesure de performances présente un inconvénient: le temps que passe un processus à produire des calculs accroît ce temps de rotation, dégradant par conséquent la performance.

Gestion des processus

Le temps d'attente représente donc une mesure plus précise de la performance, car il n'inclut pas le temps qu'un processus passe à s'exécuter sur l'UC ou à réaliser des E/S; il comprend seulement le temps d'attente d'un processus.

Gestion de la mémoire centrale

Sur un système où il existe un dialogue entre processus et utilisateur, il se peut que le temps de rotation dépende principalement de la vitesse des réponses de l'utilisateur; il a dans ce cas peu d'importance. Un autre élément à prendre en compte est la vitesse à laquelle le système répond à chaque entrée de l'utilisateur.

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Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

Gestion des processus

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Introduction au Système d’exploitation

des processus| Synchronisation des processus

Évolution des SE

4.Critères d’ordonnancement:

5.Algorithmes d’ordonnancement:

Équité :

Noyau

Dans les premiers temps de l'informatique, l'ordonnancement était la plupart du temps non préemptif ou coopératif; un processus conservait le contrôle de l'UC jusqu'à ce qu'il se bloque ou qu'il se termine.

Noyau

Degré auquel tous les processus reçoivent une chance égale de s'exécuter. Ce critère évalue notamment le fait de ne pas permettre à un processus de souffrir de famine, à savoir de rester bloqué indéfiniment dans une file de planification.

Gestion des processus

Priorités :

Gestion de la mémoire centrale

Attribue un traitement préférentiel aux processus dont le niveau de priorité est supérieur.

Gestion des processus

Une telle approche correspondait parfaitement aux besoins des travaux par lots, pour lesquels le temps de réponse était moindre ou avait peu d'importance.

Gestion de la mémoire centrale

préemptif qui est utilisé.

Sur les systèmes interactifs actuels, c'est l'ordonnancement

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Introduction au Système d’exploitation

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5.Algorithmes d’ordonnancement:

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Gestion de la mémoire centrale

Évolution des SE

Noyau

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5.Algorithmes d’ordonnancement:

L'ordonnanceur peut préempter un processus avant qu'il se bloque ou se termine, afin d'attribuer l'UC à un autre processus. Il s'agit là d'une nécessité sur un système interactif, pour lequel une longue exécution sans E/S par un processus pourrait monopoliser l'UC, en ne laissant aux processus de la file des processus prêts aucune chance de répondre aux entrées de l'utilisateur. Six algorithmes d'ordonnancement sont largement répandus.

Noyau

5.1 L'algorithme du premier entré, premier sorti (FCFS) C'est l'algorithme d'ordonnancement le plus simple. Les tâches sont ordonnancées dans l'ordre où elles sont reçues.

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Cet algorithme n'est pas préemptif. Son implémentation implique de mettre en œuvre une file des processus à ordonnancer ou de stocker l'heure à laquelle le processus a été reçu, puis de sélectionner le processus arrivé le plus tôt.

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (exercice FCFS)

5.Algorithmes d’ordonnancement: L'algorithme du premier entré, premier sorti (FCFS)(Exercice)

Noyau

Avec les processus répertoriés dans le tableau qui suit,dessinez un schéma illustrant leur exécution à l’aide de l’algorithme FCFS:

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Processus

Date d’arrivée

Temps de traitement

0.000

1.001

4.001

6.001

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (résultat FCFS)

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des processus| Synchronisation des processus

Processus

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

A 0

Date d’arrivée

des processus| Synchronisation des processus

5.Algorithmes d’ordonnancement:

0.000

1.001

4.001

6.001

B 3

Noyau

Temps de traitement

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

C 9

Évolution des SE

Les processus sont exécutés dans l’ordre de leur arrivée. Noyau

5.2 L'algorithme du travail le plus court d’abord (SJF) C'est un algorithme non préemptif . Il sélectionne le travail (ou le processus) dont il suppose que le temps de traitement sera le plus court. En cas d'égalité, l‘ordonnancement FCFS peut être utilisé. L'algorithme SJF favorise les travaux courts par rapport aux longs. Dans les cas les plus extrêmes l'arrivée incessante de travaux courts peut conduire à la famine d'un travail long.

D 13

15 87

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (résultat SJF)

5.Algorithmes d’ordonnancement: (même exercice SJF)

Processus Noyau

Processus

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Gestion de la mémoire centrale

Date d’arrivée

Temps de traitement

0.000

1.001

4.001

6.001

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Temps de traitement

0.000

1.001

4.001

6.001

A 0

Date d’arrivée

C 11

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (même exercice SRT)

5.Algorithmes d’ordonnancement:

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Noyau

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5.3 L'algorithme du temps restant le plus court (SRT)

Noyau

C'est la version préemptive de l'algorithme SJF. Chaque fois qu'un nouveau processus est introduit dans le pool de processus à ordonnancer, l'ordonnanceur compare la valeur estimée de temps de traitement restant à celle du processus en cours d‘execution. Si le temps de traitement du nouveau processus est inférieur, le processus en cours d‘execution est préempté. Tout comme l'algorithme SJF, l'algorithme SRT favorise les travaux courts; les travaux longs en revanche peuvent être victimes de famine.

Processus

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Gestion de la mémoire centrale

Date d’arrivée

0.000

1.001

4.001

6.001

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Temps de traitement

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (résultat SRT) Processus

Noyau

Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

A 0

0.000

1.001

4.001

6.001

C 4

D 8

5.Algorithmes d’ordonnancement: 5.4 L'algorithme à tourniquet [Round Robin RR]

Temps de traitement

B 3

Date d’arrivée

Noyau

C'est un algorithme préemptif qui sélectionne le processus qui attend depuis le plus longtemps. Après un quantum de temps spécifié, le processus en cours d'exécution est préempté et une nouvelle sélection est effectuée.

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Gestion de la mémoire centrale

B 10

Les chronomètres d'intervalles s'assurent que le traitement est suspendu et que le contrôle est transféré à l'algorithme d'ordonnancement à la fin du quantum de temps.

15 93

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5.Algorithmes d’ordonnancement:

5.Algorithmes d’ordonnancement: (même exercice RR quantum=2)

5.4 L'algorithme à tourniquet (Round Robin RR) Noyau

Noyau

Processus

Le tourniquet est largement utilisé dans les systèmes à temps partagés. Gestion des processus

Gestion de la mémoire centrale

Le recours à de très courts quantum de temps lui permet de proposer un temps de réponse très rapide. Cependant de tels quanta augmentent le nombre de communications entre les processus, d'où une perte d'efficacité.

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Gestion de la mémoire centrale

Date d’arrivée

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Temps de traitement

0.000

1.001

4.001

6.001

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5.Algorithmes d’ordonnancement: (résultat RR) Processus

Date d’arrivée

Noyau

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Gestion de la mémoire centrale

A 0

0.000

1.001

4.001

6.001

B 2

A 4

C 5

B 7

5.Algorithmes d’ordonnancement: 5.5 L'algorithme avec priorité

Temps de traitement

Noyau

L'ordonnancement avec priorité requiert qu'une valeur de priorité soit attribuée à chaque processus. Le processus sélectionné est celui qui a la priorité la plus élevée. C'est l'algorithme FCFS qui est utilisé en cas d'égalité.

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D 9

C 11

Gestion de la mémoire centrale

B 13

L'ordonnancement des priorités peut être préemptif ou non.

15 97

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5.Algorithmes d’ordonnancement: 5.5 L'algorithme avec priorité

Noyau

Gestion des processus

Les mécanismes d'attribution des priorités sont très variables; la priorité est basée sur la caractéristique du processus (utilisation de la mémoire, fréquence des E/S), sur l'utilisateur qui exécute le processus, les coûts d'utilisation (le temps de l'UC pour les tâches de priorité supérieure est par exemple plus coûteux) ou sur un paramètre que l'utilisateur ou l'administrateur peut spécifier.

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Gestion de la mémoire centrale

Certains des mécanismes produisent des priorités qui varient de manière dynamique (volume de temps d'exécution), alors que d'autres sont statiques (la priorité associée à un utilisateur).

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5.Algorithmes d’ordonnancement: 5.6 L'algorithme à files multiniveaux à retour (MFQ: Multilevel Feedback Queues) Cet algorithme met en œuvre deux ou plusieurs files d'ordonnancement. Un processus entrant est inséré dans la file de niveau le plus élevé. Une fois sélectionnés, les processus de la file reçoivent une tranche de temps relativement courte. A l'expiration de cette dernière, le processus est déplacé dans la file de niveau inférieur (figure suivante).

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Files multiniveaux à retour (MFQ)

Gestion des processus

…

Utilisation de l’UC

…

Utilisation de l’UC

…

5.Algorithmes d’ordonnancement: 5.6 L'algorithme à files multiniveaux à retour (MFQ)

Terminaison

Noyau

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Bloque

Gestion de la mémoire centrale

Interruption de l’horloge

Noyau

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Utilisation de l’UC

Terminaison

Gestion de la mémoire centrale

Les tranches de temps associées aux files s'allongent au fur et à mesure que le niveau décroît. Si un processus est bloqué avant d'avoir utilisé la totalité de sa tranche de temps, il passe soit à la file de niveau supérieur, soit à la file de niveau le plus élevé. Le processus sélectionné par cet algorithme est le prochain processus de la file la plus élevé contenant des processus. Généralement, la sélection au sein d'une file suit l'ordonnancement FCFS. Si un processus entre dans une file alors qu'un processus d'un niveau inférieur est en cours d'exécution, ce dernier peut être préempté.

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