I1 : Utilisation des systèmes d exploitation des ordinateurs

I1 : Utilisation des syst` emes d’exploitation des ordinateurs

Emmanuel Hainry 2011–2012

Table des mati` eres

1 Introduction 1

1.1 Une br`eve histoire de l’informatique . . . 2

1.2 Fonctions d’un ordinateur . . . 7

2 Architecture d’un ordinateur 8 2.1 Composants mat´eriels d’un ordinateur . . . 8

2.1.1 Composants . . . 8

2.1.2 P´eriph´eriques . . . 10

2.2 Composants logiciels d’un ordinateur . . . 12

2.2.1 Syst`eme . . . 12

2.2.2 Pilotes . . . 15

2.2.3 Applications . . . 15

3 Manipuler un ordinateur 15 3.1 D´emarrage . . . 15

3.2 Session . . . 15

3.3 Syst`eme de fichiers . . . 16

3.4 Gestion des processus . . . 18

3.5 Utilisation des outils adapt´es . . . 19

1 Introduction

Introduction

Ce cours contient de nombreux ´el´ements de l’unit´e c2i B1S’approprier son environnement de travail.

Objectifs :

– D´efinir informatique et ordinateurs

– Comprendre le rˆole du syst`eme d’exploitation

– Connaˆıtre les syst`emes de fichier

– Savoir manipuler les commandes de base

Introduction

Comp´etences `a acqu´erir :

– Sur diff´erents syst`emes d’exploitation, l’´etudiant doit ˆetre capable de – ouvrir une session ;

– organiser et manipuler des fichiers en tenant compte des droits d’acc`es ; – d´emarrer et contrˆoler l’ex´ecution d’une application ;

– automatiser l’enchaˆınement de commandes de base.

1.1 Une br`eve histoire de l’informatique Bref historique

Autrefois, les chinois n’avaient pas d’ordinateur car ils comptaient avec leurs boules. (Perles du bac 2004)

1642 Blaise Pascal cr´ee la pascaline. Il s’agit d’une machine `a calculer capable d’effectuer automatiquement des additions, soustractions, multiplications et divisions.

pascaline expos´ee aumus´ee des arts et m´etiers, Paris.Photo deDavid Monniaux

Wilhelm Schickard, L´eonard de Vinci ont cr´e´e des machines similaires ; Gottfried Wilhelm Leibniz a am´elior´e la Pascaline.

Bref historique

1800 Joseph-Marie Jacquard (1752–1834) invente le m´etier `a tisser qui porte son nom. Cet appareil ex´ecute un programme de tissage ´ecrit sur un ruban perfor´e.

domaine public

Bref historique

1833 Charles Babbage (1791–1871) assist´e d’Ada Lovelace (1815–1852) con¸coit la machine

`

a diff´erences. Quelques ann´ees plus tard, il con¸coit une machine analytique qui ne sera jamais construite.

domaine public

Bref historique

1876 William Thomson (1824–1907,akaLord Kelvin) con¸coit une machine constitu´ee d’in- t´egrateurs m´ecaniques pour r´esoudre des ´equations diff´erentielles complexes.

Bref historique

1885 Hermann Hollerith (1860–1929, cr´eateur de ce qui deviendra IBM) fabrique une ma- chine `a cartes perfor´ees.

photo IBM

Bref historique

1931 Vannevar Bush (1890–1974) et son ´equipe fabriquent un analyseur diff´erentiel au MIT : machine programmable continue sur le mod`ele des travaux de Thomson.

Cette machine sera utilis´ee pour des calculs de ballistique ou d’´ecoulement des fluides dans le cadre de la construction a´eronautique.

Bref historique

1936 Alan Turing (1912–1954) imagine une machine capable d’effectuer toutes les tˆaches que r´ealise un cerveau humain. La machine de Turing sera en particulier utilis´ee pour d´ecoder des messages secrets allemands durant la seconde guerre mondiale.

Il con¸coit `a la fois le mod`ele math´ematique encore en vigueur des ordinateurs et une machine impl´ementant ce mod`ele.

Bref historique

1944 Le MARK 1 est cr´e´e. Il est fabriqu´e `a l’universit´e d’Harvard par Howard Aiken `a l’aide de pi`eces ´electrom´ecaniques.

1946 L’ENIAC est la premi`ere machine ´electronique. Il est con¸cu par J. P. Eckert et J. W.

Mauly.

1946 L’EDVAC, premier ordinateur v´eritablement programmable con¸cu par John von Neu- mann.¹

Bref historique

1956 Le mot Ordinateur est propos´e par Jacques Perret. Il fait ´echo `a la fonction de l’ordi- nateur d’ordonner l’information.

1962 Introduction du mot Informatique , construit `a partir d’information et automatique par Philippe Dreyfus.

Bref historique

1972 Brian Kernighan et Dennis Ritchie mettent au point le langage C.

Bref historique

1980 micro-ordinateurs et micro-informatique personnelle

byanitasarkeesian

2000 Informatique embarqu´ee

2011 Informatique ubiquitaire (Smartphones, R´efrig´erateurs connect´es, Cloud...)

Ce qui fait un ordinateur – Programmable.

Un ordinateur se programme : on peut lui ajouter de nouvelles fonctionnalit´es.

– Universel.

Toute fonctionnalit´e d’un ordinateur peut ˆetre ajout´ee `a mon ordinateur.

1. Von Neumann a ´egalement pos´e les bases des automates cellulaires qui sont un mod`ele de calcul tr`es riche th´eoriquement, travaill´e en logique math´ematique o`u ses travaux ont contribu´e `a ceux de G¨odel et particip´e au projet Manhattan.

Ordinateur ou non ?

by Brad Montgomery Hewlett Packardc by Glenn Fleishman by shawnc

Programmable X X 7 7

Universel 7 X X 7

1.2 Fonctions d’un ordinateur Fonctions d’un ordinateur

Les ordinateurs ont par d´efinition trois fonctions : – Calculer

– G´erer des donn´ees – Communiquer

Calculer

En anglais, les ordinateurs (ainsi que les micro-ordinateurs) sont appel´es Computers du verbeto compute qui signifie calculer. La tˆache par d´efinition de ces machines est donc de faire des calculs.

Par calculer, on n’entend pas uniquement faire des additions et des multiplications mais aussi d´ecoder, convertir, manipuler des chiffres. Et comme toute l’information que manipule un ordinateur est sous forme num´erique, toutes les tˆaches que r´ealise un ordinateur font intervenir du calcul.

Par exemple la diffusion d’un fichier musical mp3 demande dans un premier temps de d´ecompresser l’information qui est cod´ee 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.

G´erer des donn´ees

En fran¸cais, l’ordinateur ordonne des informations. Ce deuxi`eme aspect permet ainsi de g´erer des donn´ees, c’est-`a-dire de lire un corpus, d’en extraire de l’information, de traˆıter cette information et de l’´ecrire ou la sauvegarder.

La sauvegarde, l’enregistrement est bien ´evidemment primordiale pour tout travail sur ordinateur, que ce soit pour un document ´ecrit (curriculum vitae, rapport de stage...) ou toute autre forme de tˆache comme la programmation, la configuration...

Une autre tˆache importante li´ee `a la gestion de donn´ees est la recherche d’informations.

Retrouver des informations parmi ses donn´ees ou parmi les donn´ees disponibles est de plus en plus difficile et important. Il s’agit l`a encore d’un aspect de la gestion de donn´ees.

Communiquer

Un ordinateur doit communiquer avec son utilisateur. Il peut ´egalement communiquer avec d’autres ordinateurs et mˆeme d’autres mat´eriels.

La premi`ere pens´ee lorsque l’on entend communication pour les ordinateurs est li´ee aux r´eseaux et `a internet. Cette utilisation de l’ordinateur comme outil de communication (mes- sagerie instantan´ee, courriel, t´el´ephonie...) et d’acc`es `a l’information vialeweb est pourtant tr`es r´ecente puisqu’elle ne s’est r´eellement d´evelopp´ee que depuis les ann´ees 1990. La com- munication revˆet un autre sens puisque l’on consid`ere que les interactions entre l’homme et la machines rel`event de la communication. De mˆeme, les diff´erents composants peuvent avoir `a communiquer entre eux.

La fonction de base des logiciels entre en g´en´eral dans les fonctions de calcul et de gestion de donn´ees, mais ce que voit l’utilisateur prend de plus en plus d’importance, et cela rel`eve de l’interface homme-machine.

2 Architecture d’un ordinateur

2.1 Composants mat´eriels d’un ordinateur Composants mat´eriels

Les composants mat´eriels servent d’une part `a communiquer ou interagir avec l’utilisateur et d’autre part `a r´ealiser les travaux que l’on attend de l’ordinateur.

2.1.1 Composants Le microprocesseur

Le microprocesseur est le cœur du micro-ordinateur.

– puce ´electronique

– dispositif de refroidissement – ex´ecution d’op´erations basiques

– sa fr´equence d´etermine le nombre d’op´erations par secondes.

La m´emoire

– ROM = Read Only Memory (m´emoire morte) – n’est jamais modifi´ee

– contient peu d’information – porte le firmware, le bios

– RAM = Random Access Memory (m´emoire vive) – volatile

– acc`es rapide

– contient les programmes en cours d’ex´ecution – se mesure en bits ou octets.

– multiples : M´ega, Giga, T´era

Le bus

– transport de passagers

– lien entre les points n´evralgiques – goulot d’´etranglement

⇒ Certaines donn´ees sont “cach´ees” aupr`es du microprocesseur pour ´eviter d’attendre le bus.

La carte m`ere

Plaque tournante du micro-ordinateur – comporte le micro-processeur, la m´emoire – connecteurs pour les autres p´eriph´eriques

La carte graphique

– lien entre la carte m`ere et le ou les ´ecrans – comporte de la m´emoire vive

– comporte un processeur sp´ecialis´e

cartes r´eseau – Carte ethernet – modem – Carte WiFi

Autres

– carte son → prise pour des enceintes.

– connecteurs PCI – connecteurs ATA – connecteurs USB

– connecteurs PCMCIA (ordinateurs portables) – . . .

2.1.2 P´eriph´eriques

P´eriph´eriques de communication

Les p´eriph´eriques de communication avec d’autres ordinateurs peuvent ˆetre par exemple – modem

– carte ethernet → LAN – carte WiFi (ou clef wifi) – clef internet 3G

P´eriph´eriques de communication avec l’utilisateur – ´Ecran

– Imprimante – Hauts-parleurs – Clavier

– Souris – Joystick – Webcam

Sortie Sortie Sortie Entr´ee Entr´ee

Entr´ee et sortie Entr´ee

P´eriph´eriques de gestion de donn´ees

Ces ´el´ements permettent de conserver les donn´ees – Stockage de masse (disque durs)

– Stockage externe (lecteurs/graveurs de CD, DVD, bandes magn´etiques, autres) – Stockage temporaire (clefs USB, disquettes, cartes m´emoires)

– Capacit´e (en Mo ou Go) – Vitesse (en Hertz) – D´ebit (en bits/s)

Exemple

– Processeur double coeur Intelr Pentiumr E2180 (2GHz, 1Mo Cache L2, FSB 800MHz) – 3072 Mo, 160 Go

– Grand ´ecran 22” (1680x1050 @ 60Hz / multim´edia / 5ms) – Graveur DVD+/-RW 16x

– Vid´eo nVidiar GeForce^TM 7050 jusqu’`a 1024Mo total partag´es – Lecteur de cartes 8 en 1

– Windowsr Vista^TMEdition Familiale

Exemple

– Intelr Celeron Processor 550 (2.0Ghz, 533 MHz FSB, 1 MB L2 cache) – Ubuntu Edition version 8.04

– Webcam 2 m´egapixels int´egr´ee

– Ecran large WXGA de 15,4 pouces (1280 x 800) dot´e de la technologie TrueLife^TM – 1024 Mo de m´emoire bicanale SDRAM DDR2 667 MHz [2x512]

– Disque dur SATA 120 Go 5400 tpm

– Carte graphique Intelr Graphic Media Accelerator X3100 int´egr´ee – Graveur optique DVD+/-RW 8X

– Batterie principale LITHIUM-ION 24 Wh `a 4 cellules – Minicarte Intelr Pro/Wireless 3945 802.11a/b/g

2.2 Composants logiciels d’un ordinateur

2.2.1 Syst`eme

Syst`eme d’exploitation

– g`ere les ressources mat´erielles

– les rend disponibles pour les applications

Par exemple ´ecriture sur le disque dur, envoi d’une information dans le cable r´eseau.

Mat´ eriel

Syst` eme d’exploitation

Applications

Syst`eme d’exploitation

– Windows², Mac OS X, GNU/Linux³, NetBSD³, Symbian OS...

– multi-utilisateur / mono-utilisateur – multi-tˆaches / s´equentiel

UNIX et d´eriv´es

Unix est une famille de syst`emes d’exploitation d´efinies par la norme Posix.

1969 Cr´eation Unics

1977 Version BSD (V5). BSD se ramifiera en openBSD, netBSD, freeBSD, PC-BSD, Dragonfly-BSD...

1991 Linux. Donnera naissance `a Android.

1999 Mac OS X. Fork´e en iOS.

Historique d’UNIX

Source : wikipedia

POSIX (Portable Operating System Interface)

La norme POSIX sp´ecifie un certain nombre de commandes et de fonctions qui doivent ˆetre pr´esentes dans un syst`eme.

Par exemple

2. Gratuit pour les ´etudiants 3. Libre et gratuit

– Comment cr´eer et contrˆoler des processus.

– Reprise sur erreur.

– Acc`es fichiers.

– Commandes man,apropos,at,grep...

Syst`eme d’exploitation

Couche entre le mat´eriel et les applications

Mat´eriel

Syst`eme d’exploitation Applications

Cas des machines virtuelles

Une machine virtuelle est une application se faisant passer pour un mat´eriel `a part enti`ere.

Mat´eriel

Syst`eme d’exploitation VM autre SE

Applis Applications

On peut ainsi essayer un nouveau syst`eme sans remplacer celui d´ej`a pr´esent.

– Migration d’un serveur sans rupture de service – Test de la compatibilit´e ascendante sans casse – Services ind´ependants simultan´ement accessibles

Note : les machines virtuelles sont diff´erentes des ´emulateurs.

Machines virtuelles

– Exemples : VMWare, VirtualBox, Xen, Parallels, KVM...

– Application classique

– Choix du Syst`eme d’Exploitation `a d´emarrer

– L’“image” du syst`eme peut ˆetre sauvegard´ee ou non apr`es la session – Protection contre les malwares

– Faire tourner des applications linux sous windows et inversement

2.2.2 Pilotes Pilotes (drivers)

Les pilotes sont les logiciels dont se sert le noyau pour utiliser le mat´eriel.

Chaque p´eriph´erique n´ecessite son pilote.

Les pilotes peuvent ˆetre int´egr´es au noyau, en ˆetre des modules ou ˆetre externes.

2.2.3 Applications Applications

Les applications sont les programmes que l’utilisateur manipule.

Chacune a son utilit´e, sa configuration, les donn´ees 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 tˆaches simples : acc`es au r´eseau, t´el´echargement page html, interpr´etation

html, affichage page, interaction utilisateur (clavier/souris) – Des logiciels complexes

– Donn´ees : Configuration utilisateur, page oueb, images, plugins...

3 Manipuler un ordinateur

3.1 D´emarrage

D´emarrage d’un ordinateur – Mise sous tension – Ex´ecution du BIOS – Boot-loader

– D´emarrage du syst`eme – Login

3.2 Session

Ouverture et fermeture de session Multi-utilisateur ⇒ session utilisateur – Login

– Logout

Plusieurs utilisateurs peuvent ˆetre connect´es simultan´ement.

– Droits d’acc`es aux fichiers et aux programmes propres `a chaque utilisateur.

– Pr´esence d’un “super-utilisateur” (nomm´e root sous Unix, administrateur sous Win- dows).

Le super-utilisateur peut interrompre les sessions des autres utilisateurs. `A cet exception, aucun utilisateur ne peut terminer la session d’un autre.

3.3 Syst`eme de fichiers Syst`eme de fichier

– Sauvegarde sur disque lin´eaire (suite de 0 et de 1 (voir I2)).

– Donn´ees apparaissent rang´ees dans des dossiers rang´es 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.

Syst`eme 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_1973-1974__15_2_A3_0.pdf

| |-- SDPP_1975-1976__17_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-20070717.pdf

Repr´esentation sur le disque

Un disque dur est constitu´e de plusieursplateaux, chacun comprenant plusieurs cylindres d´ecoup´es ensecteurs.

Chaque secteur repr´esente en g´en´eral 512 octets.

Un fichier de plus de 512 octets sera donc r´eparti sur plusieurs secteurs (si possible conti- gus), la fin d’une partie est suivie par le num´ero du secteur suivant.

Ainsi, indiquer le secteur o`u commence un fichier suffit `a lire le fichier en entier.

Un dossier sera simplement un pseudo-fichier contenant les associations ”nom de fi- chier”/”secteur initial”.

Dans l’exemple pr´ec´edent, le dossier consid´er´e contient 3 dossiers (Downloads, alire et temp) et 4 fichiers r´eguliers. Il pourra ˆetre repr´esent´e 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 pr´ec´edent, 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 loca- lisation.

On ajoutera aussi un “pointeur” vers le dossier parent.

Syst`eme de fichiers

La s´eparation de fichiers sur des secteurs qui ne se suivent pas est appel´e la fragmentation.

Elle ralentit la lecture des fichiers.

Il existe des strat´egies diff´erentes pour stocker les fichiers en ´evitant la fragmentation ⇒ diff´erents syst`emes de fichiers (FS)

– FAT12, FAT16, FAT32 : syst`emes utilis´es historiquement par DOS et compris par tous les SE modernes. FS de pr´ef´erence pour les clefs USB.

– NTFS : syst`eme utilis´e par les Windows r´ecents. G`ere les noms longs, les droits, la fragmentation...

– ext2, ext3, ext4 : FS d´evelopp´e pour GNU/Linux. G`ere les noms longs, les droits, la fragmentation, depuis le 3 la journalisation...

– HFS, HFS+, HFSX : FS choisi par Mac OS X.

– NFS, CIFS, AFS : FS en r´eseau.

– ZFS : FS d´evelopp´e pour les tr`es gros disques durs.

D’autres fonctionnalit´es existent (syst`emes de fichiers `a base de donn´ees, FS sans dupli- cation, FS sp´ecialis´es pour m´emoire flash...).

3.4 Gestion des processus Processus

Un processus est une tˆache ex´ecutable par l’ordinateur. Chaque application peut utiliser plusieurs processus.

Un processus peut lui-mˆeme lancer des processus.

Les processus s’ex´ecutent en th´eorie en parall`ele. Cependant, un processus peut attendre le r´esultat d’un autre. Donc diff´erents ´etats : Ex´ecution, Attente, termin´e...

Analogie

Un cuisinier monoprocesseur pr´epare un plat (processus 1).

Il se blesse et donc interrompt le processus 1 pour lancer une tˆache de soin (processus 2).

Pour se soigner, il lance une sous-tˆache : d´esinfecter la plaie (processus 3).

Une fois le processus 2 achev´e, il reprend le processus 1 o`u il l’avait laiss´e.

– Notion de priorit´e entre les processus.

– Contexte d’ex´ecution, donn´ees, pointeur de programme conserv´es en cas d’interruption.

– Arbre des processus.

Etats d’un processus´ Initialisation

Prˆet

Termin´e

Endormi

Ex´ecution

Arborescence des processus

Chaque processus est lanc´e par un processus p`ere et peut lancer des processus fils.

– Arborescence des processus.

Pour qu’un p`ere termine, tous ses fils doivent se terminer (et pour qu’ils se terminent, tous leurs fils doivent se terminer, et pour...)

Dans le cas o`u un processus p`ere 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 adapt´es Utilisation des outils adapt´es

Familles d’applications (par exemple les traitements de texte) Incompatibles entre eux

formats de fichiers propri´etaires vs formats standards

Formats d’´echange

La transmission de fichiers doit se faire autant que faire se peut `a l’aide de formats dont on est certain que le destinataire saura les lire. Il est conseill´e pour cela d’utiliser un format standard d’´echange.

Dans le cas d’un document texte, les formats pr´econis´es vont ˆetre d’une part le PDF (Portable Document Format), format standard pour lequel existent des visionneuses pour tous les syst`emes classiques ou le RTF (Rich Text Format) format simple de mise en forme de textes qui mˆeme s’il n’est pas enti`erement standardis´e est relativement bien reconnu par tous les traitements de texte.

PDF : mise en page fix´ee, lisible partout, pas modifiable RTF : modifiable, mise en page hasardeuse

R´ ef´ erences

R´ef´erences

1. ´Etienne Samyn et Lionel Medini,«S’approprier son environnement de travail»,http:

//www.c2imes.org/, 2007

2. Pierre Morvan, «Dictionnaire de l’informatique », Larousse, 1981

3. Moncef Mlouka et Bernard Hidoine,« Machines `a calculer»,http://interstices.

info/jcms/c_15272/machines-a-calculer, 2006

4. William Gibson et Bruce Sterling,« La machine `a diff´erences », J’ai lu, 1999 5. Robert Harris,« Enigma», Pocket, 1995