Les systèmes d'exploitation (Operating System)

Généralité

Découvrons en 3 minutes le rôle du système d'exploitation.

Principaux types de système d'exploitation

Notion de processus

Processus et ordonnancement

Un ordinateur possède un ou plusieurs processeurs, qui sont eux-même constitués de plusieurs unités de calcul, les coeurs. C'est le système d'exploitation qui va donner à un processus l'accès à une unité de calcul, cela s'appelle l'ordonnancement. Les processus ne quiteront cette dernière que si:

• Le processus s'arrête, losqu'il est terminé.
• Le processus demande à partir, il n'est pas terminé et demandera à revenir plus tard pour poursuivre son exécution. C'est par exemple le cas d'une tâche cyclique.
• Le processus est en attente. C'est par exemple le cas si il n'y a pas d'instance (exemplaire) disponible de la ressoure demandée par le processus, il est mis en attente pour libérer la place sur l'unité de calcul.
• Le système choisit d'arrêter le processus. C'est par exemple le cas lors de l'interblocage que nous verrons plus loin.

Afin de savoir si un algorithme est préférable pour un ensemble de processus, nous devons connaître quelques définitions.

Processus: état et fonctionnement

Processus: état

Un processus peut-être dans les états suivants:

L'état nouveau (ou création): chargement des instructions, allocation de mémoires et des ressources (statiquement), il passe directement à l’état prêt. Il existe 4 événements pour créer un processus :

• L’initialisation du système : au chargement du système il y’a création automatique du processus racine père de tous les processus utilisateurs (id=0)
• Un processus peut lancer un autre processus, il en devient le parent, l’autre dernier sera désigné comme processus fils. (Un processus père ne se termine que lorsque tous ses fils sont terminés. On a donc une structure arborescente de processus).
• Une requête de l’utilisateur
• Initiation d’un travail en traitement par lot ( on exécute le même travail sur plusieurs entités à la fois, c'est par exemple très utilisé en photographie où on applique la même action sur plusieurs clichés

L’état prêt : Le processus est prêt à être exécuté. Il est mis en attente jusqu’à ce qu’on lui libère le processeur (dispatch de l’Ordonnanceur), il passera alors à l’état Actif

L’état actif (ou élu) :

• Le processus est en cours d’exécution par le processeur.
• Si le processus épuise le temps qui lui est alloué par le SE, il est remis en file d’attente des Prêts.
• S'il a besoin d’une ressource non disponible (opérations sur les périphériques), il est mis en attente prolongée (Interruption : état bloqué) jusqu’à la libération de la ressource nécessaire
• Si le processus atteint son terme (se termine) il passe à l’état Zombie

L’état attente (ou bloqué): Le processus est en attente d’une ressource pour terminer. Dès sa libération il repasse à l’état Prêt

L’état zombie : Le processus a terminé son exécution et il ne peut plus évoluer mais les ressources qu’il a allouées ne sont pas libérées

L’état destruction : Lors de la destruction le processus libère les ressources allouées. Il y a quatre causes possibles de la destruction d’un processus :

• Arrêt normal : cet arrêt est volontaire et intervient lorsque le processus termine sa tâche.
• Arrêt pour erreur : cet arrêt est volontaire, il fait suite à une erreur pour une instruction illégale
• Arrêt pour erreur fatale : cet arrêt est involontaire et intervient généralement lorsque les paramètres de l’exécution du processus sont mauvais.
• Arrêt volontaire par un autre processus

Processus: fonctionnement

Un processus va trouver à sa disposition un grand nombre de ressources, comme la RAM, les disques durs, les supports amovibles (clés USB,..), les fichiers, ....

Lorsqu'un processus est dans l'état actif (ou élu), dans des conditions normales de fonctionnement, il ne peut utiliser une ressource qu’en suivant la séquence de tris étapes suivante:
Requête – Utilisation - Libération

• La requête : le processus fait une demande pour utiliser la ressource. Si cette demande ne peut pas être satisfaite immédiatement, parce que la ressource n’est pas disponible, le processus demandeur se met en état attente jusqu’à ce que la ressource devienne libre.
• Utilisation : Le processus peut exploiter le ressource.
• Libération : Le processus libère la ressource qui devient disponible pour les autres processus éventuellement en attente.

Notion d'interblocage

Il est assez facile d'illustrer le phénomène d'interblocage en classe. Nous allons demander à deux élèves de tracer un cercle au tableau. On donne le compas au premier et le feutre au second. Les deux élèves vont se trouver dans uns situation d'attente interminable puisque le premier élève attend que la ressource feutre soit libre, et le second attent que la ressource tableau soit libre.

Dans un ordinateur le même phénomène peut se produire entre plusieurs processus, c'est l'interblocage.

Les processus avec Windows

Microsoft Windows est architecturé en services (processus) fonctionnant en arrière-plan. Il est possible d'afficher facilement la liste des processus en cours dans le gestionnaire des tâches en appuyant simultanément sur CTRL+SHIFT+ESC, ou en executant directement taskmgr.exe dans la barre de recherche

Si vous lancez le gestionnaire de tache pour la première fois, vous serez peut-être amené à cliquer sur "Plus de détails " en bas à Gauche de la fenètre.

Vous verez alors une fenètre avec six onglets

Dans l'onglet Processus, vous verez tous ceux s'executant sur votre machine, ainsi que les ressources qu'ils consomment. On distingue trois catégories:

• Applications
• Processus en arrière-plan
• Processus Windows

Par un simple clic droit sur son nom, suivi de fin de tâche on peut facilement tuer un processus, c'est très pratique lorqu'un programme ne répond plus.

Dans l'onglet Performance, nous pouvons voir graphiquement les resources utilisées

Dans l'onglet Historique des applications, nous pouvons voir les resources utilisées par application

Dans l'onglet Démarrage, nous pouvons voir toutes les applications qui se lancent au démarrage de Windows

Dans l'onglet Utilisateur, nous pouvons voir tous les utilisateurs connectés sur la machine, par un simple clic droit sur son nom on peut le déconnecter

Dans l'onglet Détails, nous pouvons voir le PID des processus et leurs statuts

Dans l'onglet Services, nous pouvons voir tous les services et leurs statuts (un service est un processus qui est démarré par le système d'exploitation et qui s'exécute dans une session distincte. Un service est un processus sans interface utilisateur

Cependant Microsoft fournit des outils plus complets pour l'étude des processus Windows comme Process Explorer et Process Monitor

Pour télécharger Process Explorer c'est ici

Pour télécharger Process Monitor c'est ici

Process Explorer est un gestionnaire de tâches évolué qui permet de faire beaucoup de choses. La fonction première est d'afficher et lister les processus en cours d'exécution. Mais on peut aussi les terminer ou les suspendre

Process Explorer va encore plus loin car il donne accès aux handles(un handle est un ID identifiant de maniere unique un objet windows), DLL(bibliothèque qui contient du code et des données pouvant être utilisés simultanément par plusieurs processus) chargées/ouvertes par chaque processus. Enfin l'outil peut aussi aider à visualiser l'utilisation CPU, mémoire, GPU et disque globale et par application.

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Les processus avec linux

Sous linux, les deux principales commandes pour visualiser les processus sont top et ps, la différence étant que l'on utilise top dans un terminal et ps dans un script où il est combiné à d'autres commandes.

A la différence de la partie précédente sous Windows, il faut travailler en ligne de commandes.

si ça vous intéresse, je vous invite à vous rendre sur pixees ici