sv:systemes_d_exploitation_-_introduction [SIO Wiki]

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~~SLIDESHOW~~
====== Les systèmes d'exploitation ======
V 1.0 le 17/01/2012

===== Généralités =====

**Système d'exploitation** : logiciel servant d'interface entre le **matériel** et les **logiciels applicatifs**

Appelé **Operating System** (**OS**) en anglais

permet d'assurer l'exploitation des périphériques 
  * disques durs
  * 

et ressources diverses
  * processeur
  * mémoire
  * ...

===== Schéma de principe =====
{{:250px-operating_system_placement-fr.svg.png|}}

===== Typologie - 1 =====
  * SE : 
     * **mono-utilisateur** : une seule sessions utilisateurs simultanée (MS/DOS)
     * **multi-utilisateur** : permet plusieurs sessions utilisateurs simultanées (Linux)
     * **mono-tâche** : ne permet pas l'exécution simultanée de plusieurs programmes (ex. : MS/DOS)
     * **multi-tâche** : permet l'exécution simultanée de plusieurs programmes (Windows XP, Linux)
     * **mono-processeur** : MS-DOS
     * **multi-processeur** : (Sun Solaris, Linux, ...)

===== Typologie - 2 =====
  * un SE peut être adapté à : 
     * un gros système (mainframe): Sun Solaris, IBM AIX, HP-UX, Linux, ...
     * un poste de travail : Windows Seven, Vista, XP, ..., Linux, Mac/OS, ...
     * un serveur : Windows Server 2k3/8, Linux, Mac/OS server, ...
     * une tablette : Android, Apple IOS, Windows
     * un téléphone portable : Android, Windows Phone, Blackberry OS
     * un routeur ou un switch : Cisco IOS
     * des appliances (box internet, NAS, ...) : base Linux

===== Les appels système =====
  * un SE propose une bibliothèque de fonctions et procédures standardisées utilisables par les programmes 
     * on parle d'**API** : Application Programming Interface
     * API POSIX : systèmes Unix
     * API Windows pour les systèmes Microsoft

===== Le processeur =====
  * il est chargé de l'exécutution des programmes
  * dans un environnement multi-tâches, il doit être considéré comme une ressource à partager entre les différentes **tâches** ou **processus**

===== Les processus =====
  * un processus est un **programme en exécution** : il comporte
    * un espace mémoire qu'il est le seul à utiliser :
      * les instructions
      * les données en mémoire
  * un processus est lancé par un utilisateur avec des droits spécifiques
  * un processus est identifié par un PID (Process Identifier) 
  * le système gère une table des processus du système
  * on peut les examiner avec les commandes
    * **ps**, **top**, **pstree** (Linux)
    * **Gestionnaire de tâches** (Windows)
  * ou les interrompre (**kill**) si l'on dispose des droits ad-hoc.

===== Les processus - Linux =====
{{:top.png|}}


===== Ordonanceur =====
  * **scheduler** : c'est le programme du système d'exploitation qui contrôle le déroulement des autres programmes dans un SE multi-tâche
  * il répartit le temps processeur entre les différents processus en exécution : il alloue des tranches (**slices**) de temps CPU (de l'ordre de 100 ms) à chacun des processus puis passe au processus suivant

===== Mode noyau/Mode user =====
  * le noyau (**kernel**) partie fondamentale du SE qui gère les ressources (processeur, mémoire, systèmes de fichier, réseau, périphérique divers, ...) 
  * partie critique du SE
  * le noyau fonctionne en mode **noyau** : 
    * il dispose de l'accès intégral aux ressources et de priorités élevées
  * les autres programmes non fondamentaux (Firefox, OpenOffice, ...) comme ceux lancés par l'utilisateur fonctionnent en mode **user**
    * ils disposent de droits et de priorités limités pour ne pas mettre en péril l'intégrité du stytème

===== La mémoire =====
  * le système doit :
    * allouer un espace mémoire pour la mettre à disposition d'un programme
    * libérer l'espace mémoire à la fin du programme
    * assurer la protection et limiter l'accès à une zone mémoire
    * 

===== La mémoire virtuelle =====
  * ce mécanisme permet au SE d'exécuter des programmes dont la taille peut dépasser celle de la mémoire physique
  * il libère de l'espace en stockant sur disque des blocs mémoire occupés (mécanisme de **swap**) 
  * ce stockage peut se faire dans un fichier d'échange (Windows : pagefile.sys) ou dans une partition spécifique (Linux).
  * ce dispositif permet de fonctionner avec très peu de mémoire mais au prix de performances très faibles : 
    * un système en production devrait disposer de suffisamment de mémoire pour  **ne pas swapper**

===== Les pilotes =====
  * le SE pour fonctionner doit utiliser des logiciels permettant de gérer chacun des périphériques
  * ces logiciels sont appelés des **pilotes** ou **drivers**
  * ils sont spécifiques :
    * au matériel lui même ( Carte réseau Ethernet Intel Pro 1000 )
    * au système d'exploitation et à sa version (Windows Seven 64 bits)
  * ils sont 
    * soit livrés avec le SE, 
    * soit avec le matériel lui-même 
    * ou encore intégrés au SE (Linux)

===== Les disques =====
  * les dispositifs de stockage à long terme

===== Les disques logiques =====
  * un disque physique est fréquemment scindé en plusieurs disques logiques pour 
    * organiser plus efficacement l'espace disque 
    * améliorer la séparation entre différents espaces de stockage (système, applicatifs, espace utilisateur, ...)
    * améliorer la sécurité
    * permettre éventuellement l'installation de plusieurs SE (Windows, Linux, ...)
    * simplifier les sauvegardes et les réinstallations
  * on effectue un **partitionnement** du disque dur en **plusieurs disques logiques**

===== Les types de partition =====
  * partition **primaire**
    * peut démarrer
    * 4 maxi sur un disque
  * partition **étendue**
    * nécessaire si on veut plus de 4 partitions
    * une seule partition étendue par disque
    * une partition étendue peut comporter 4 lecteurs logiques maxi

===== Les disques logiques - Linux =====
<code>
pb:/home/lee# fdisk -l
Disk /dev/sda: 40.0 GB, 40007761920 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 4864 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0xe02ae02a
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *           1        1930    15502693+   7  HPFS/NTFS
/dev/sda2            1932        4864    23559322+   f  W95 Ext'd (LBA)
/dev/sda5            1932        2660     5855629+  83  Linux
/dev/sda6            2661        2757      779121   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda7            2758        4864    16924446   83  Linux
</code>

===== Les disques logiques - Linux - gparted =====

{{:gparted.png|}}


===== Les unités logiques =====
  * sous **Windows**, les unités ou disques logiques sont repérés par des lettres : **A:**, **B:**, **C:**, **D:**, **E:** ... **Z:**
  * sous **Linux**, les unités logiques (**sda2**, **sd3**, ...) sont raccordées à la **racine** (**root**) au moyen d'une opération de **montage** 

===== Les systèmes de fichiers =====
  * **file system** : il permet de stocker les fichiers dans des structures en forme d'arbre
  * le SE comporte un certain nombre d'utilitaires permettant d'effectuer les opérations de base : 
    * copier : **cp** (Linux), **copy** (DOS)
    * renommer : **mv** (Linux), **ren** (DOS)
    * supprimer : **rm** (Linux), **del** (DOS)
    * créer/supprimer un répertoire : **mkdir**, **rmdir**
    * formatter : **mkfs** (Linux), **format** (DOS)
    * ...
   

===== Les systèmes de fichiers - suite =====
  * chaque SE propose ses propres systèmes de fichiers
  * **Windows**
      * **FAT16**, **FAT32**
      * **NTFS**
  * **Linux**
      * ext2, ext3
      * xfs
      * ext4
  * **MacOS**
      * **HFS**

   

===== Les systèmes de fichiers - FAT =====
  * **FAT** : File Allocation Table
  * **FAT16** : taille maxi 2 Gio
  * **FAT32** :
    * pas de sécurité locale (pas de permissions)
    * taille maxi fichier : 4 Gio - partition : 8 TiO
    * très utilisé sur les clés USB et cartes mémoire
    * résistance moyenne aux pannes => **scandisk** au démarrage 



===== Les systèmes de fichiers - NTFS =====
  * **NT File System**
  * système de journalisation permettant une "réparation automatique" au démarrage : raisonnablement robuste
  * sécurité locale
  * compression éventelle
  * support des **quotas**
  * le **standard** pour les systèmes de fichiers windows
  * taille maxi fichier : 16 Tio - partition : 256 Tio
  * chiffrement possible

===== Les systèmes de fichiers - ext3 =====
  * **ext3**
  * système de journalisation 
  * sécurité locale
  * support des **quotas**
  * le **standard** actuel pour les systèmes de fichiers Linux


   

===== Les utilisateurs et l'authentification =====
  * l'accès au système doit être réglementé pour ne pas mettre en péril son intégrité et sa sécurité
    * => nécessité d'utiliser un mécanisme d'**authentification** et des **comptes utilisateurs**
  * un utilisateur est caractérisé par divers attributs (selon le SE - ici Linux) :
    * **login** : adupont
    * **nom complet** : Albert Dupont
    * son **home directory** : /home/adupont
    * son **mot de passe** (stocké sous forme chiffrée) : $1$ni0H4A2x$hQxRycgLCYE13QjAid11K0
    * son **shell** (Linux) : /bin/bash
    * son appartenance  à différents **groupes** : users, ...
    * ... 

===== Les groupes =====
  * la gestion d'un système requiert un minimum de structuration
  * on répartit les utilisateurs en groupes
  * on affecte les droits et permissions à chacun des groupes plutôt qu'aux utilisateurs 
  * le groupe **Administrateurs** dispose de l'ensemble des droits d'administration sous Windows 
  * on dispose de groupes équivalents sous Linux (root, admin, ...)

===== Administrateurs et super-utilisateurs =====
  * chaque SE dispose d'utilisateurs bénéficiant de **droits d'administration étendus**
    * sous Linux  : l'utilisateur **root** encore appelé **superutilisateur** (cf. commande **su**)
    * sous Windows : l'utilisateur **administrateur** ou les membres du groupe **administrateurs**
  * l'administrateur a le droit de tout faire (surtout sous Linux: //Linux vous donne la longueur de corde qu'il vous faut pour vous pendre. Et pour être sûr, on rajoute un  mètre !//


===== L'authentification =====
  * l'**authentification** consiste à vérifier l'identité d'une personne ou d'un ordinateur au moyen de divers procédés : mot de passe, paire de clés, ...
  * elle peut être **locale** : quand elle est effectuée avec une base de comptes **locale** (**SAM** locale pour Windows, fichier **/etc/password** pour Linux, ...)
  *  ou **centralisée** et distante au moyen d'un serveur d'annuaire (**Active Directory** pour Windows, **LDAP** pour Linux, ...)
  * les comptes utilisateur décrits plus haut peuvent être des comptes 
    * **locaux** : situés sur la machine à laquelle on se connecte
    * **globaux** : situé sur un machine distante (Contrôleur de domaine Microsoft, serveur d'annuaire ,...)

===== Interface utilisateur =====
  * historiquement mode texte (25 lignes x 80 colonnes) en "**ligne de commande**"
    * efficace mais austère et peu convivial : peu adapté au grand public
    * utilise un **interpréteur de commande**  
      * **sh**, **bash**, ... en Linux
      * **command**, **cmd** pour Windows
  * depuis les année 80, **interface graphique** avec la souris
    * Mac d'Apple
    * X-Window pour les machines Unix
    * Windows
 

===== Les familles des SE =====
  * à l'origine, les SE sont des SE pour les gros systèmes 
  * dans les années 80, apparaissent la micro-informatique et des SE simples :(MS/DOS, CPM, ...) dans un environnement en mode texte
  * au milieu des années 80, apparaissent les interfaces graphiques sur Mac et sur PC avec Windows
  * c'est aussi l'apparition de la famille Unix, orientée multi-utilisateur et gestion puis un mode graphique apparaît avec X-Window,
  * enfin cette famille donnera naissance à Linux et à Mac/OS

===== La famille Microsoft =====
  * famille **poste de travail**
    * MS-DOS : année 80 - système 16 bits - mode texte
    * Windows 1 2, 3.1 : 16 bits - interface graphique
    * Windows 95 : système 32 bit -"vrai multitâche"
    * Windows 2000, XP 
    * Windows Vista, Seven

===== La famille Microsoft - suite =====
  * famille **serveur**
    * Windows NT server 3.5, 4.0 (1996)
    * Windows 2000 Server
    * Windows 2003, 2008 server 

===== La famille Unix/Linux =====
   * **Linux** depuis 1991 (distributions Debian, Ubuntu, Redhat, Centos, Suse, ...)
   * famille **BSD** - 
     * **NetBSD**
     * **OpenBSD**
     * **FreeBSD**, 
   * **Mac/OS**
   * **AIX** (IBM)
   * **Solaris** (Sun)
   * **HP/UX** (HP)

===== Installation =====
  * s'assurer de disposer des ressources nécessaires
    * **espace disque**
    * **mémoire**
    * **processeur**
    * **carte réseau**
    * **carte graphique**
  * et du support d'installation : CD/DVD, clé USB, ...

===== Installation - 2 =====
  * machine
    * **physique**
    * **virtuelle**
  * péripérique d'installation
    * **CD/DVD** (ou image **ISO** si machine virtuelle)
    * **clé USB**
    * **réseau** (PXE)
  * schéma de partitionnement
    * **monopartition** (le plus simple)
    * **multipartition** : plus élaboré - adapté à un serveur mais nécessite de faire un plan de partitionnement

===== Démarrage =====
  * **MBR** : Master Boot Record 
    * ou **zone amorce** : premier secteur d'un  disque dur - 512 octets
      * cylindre 0, tête 0 et secteur 1, ou secteur 0 en adressage logique)
    * contient la table des partitions (4 primaires)
    * comporte aussi un code d'amorçage permettant de charger le SE (ou le boot loader/chargeur d'amorçage s'il existe) présent sur la partition active.

===== Chargeur d'amorçage =====
  * **bootloader**: **chargeur d'amorçage** : il permet de choisir le SE à lancer 
  * le **BIOS** lit le **MBR** puis le **VBR** de la partition active
  * à partir de ces informations, il peut déterminer l'emplacement du chargeur d'amorçage et le lancer
    * exemples de chargeurs d'amorçage :
      * **GRUB**, **GRUB**
      * **LILO**
      * **ntldr** (Windows NT et XP)
      * **winload.exe** (Vista et Seven)
  * remarque : les bootloaders Windows ne tiennent pas compte des partitions Linux existantes 
  * à la fin d'une installation Linux, si on n'installe pas GRUB, on n'est pas capable de redémarrer ...