Systèmes d'exploitation et processus

Un système d'exploitation assure principalement :

• la gestion des processus : création, exécution, arrêt des programmes, et partage du processeur entre eux (ordonnancement) ;
• la gestion de la mémoire : attribution et protection des zones de mémoire, mémoire virtuelle ;
• la gestion des fichiers : organisation des données sur les disques au sein d'un système de fichiers ;
• la gestion des entrées/sorties : communication avec les périphériques via des pilotes (drivers) ;
• la gestion des utilisateurs et des droits : authentification et contrôle des accès.

Lorsqu'un programme Python exécute open("data.txt").read(), la bibliothèque standard finit par déclencher des appels système (open, read, close). C'est le noyau qui, en mode privilégié, dialogue réellement avec le disque, vérifie les droits d'accès, puis recopie les octets dans la mémoire du programme. L'application n'a jamais eu à connaître le modèle du disque dur.

Les passages d'un état à l'autre sont les suivants :

• prêt $\to$ élu : élection. L'ordonnanceur choisit ce processus et lui attribue le processeur.
• élu $\to$ prêt : préemption (ou fin de quantum). Le système retire le processeur au processus pour le donner à un autre, alors que le processus pourrait encore travailler.
• élu $\to$ bloqué : le processus demande une ressource non disponible immédiatement (par exemple une entrée/sortie).
• bloqué $\to$ prêt : réveil. L'événement attendu s'est produit ; le processus redevient candidat à l'élection.

On notera qu'il n'existe pas de transition directe bloqué $\to$ élu : un processus réveillé repasse d'abord par l'état prêt.

Un programme télécharge un fichier puis l'affiche.

• Il est prêt dès son lancement, en file d'attente.
• L'ordonnanceur l'élit : il devient élu et lance la requête réseau.
• Comme les données réseau n'arrivent pas instantanément, il se bloque en attendant la réponse ; le processeur est rendu à d'autres processus.
• À l'arrivée des données, il est réveillé et redevient prêt.
• Réélu, il redevient élu et affiche le fichier.

• FIFO (First In, First Out, ou Premier arrivé, premier servi) : les processus sont élus dans l'ordre d'arrivée, chacun jusqu'à son terme. Simple mais non préemptif : un long processus pénalise tous les suivants.
• SJF (Shortest Job First) : on élit d'abord le processus dont la durée d'exécution est la plus courte. Minimise le temps d'attente moyen, mais nécessite de connaître les durées.
• Tourniquet (Round Robin) : chaque processus reçoit tour à tour le processeur pour un quantum fixe ; s'il n'a pas fini, il repart en fin de file. Préemptif et équitable.
• Par priorités : à chaque processus est associée une priorité ; le plus prioritaire est élu. Risque de famine pour les processus peu prioritaires.

Deux processus incrémentent un compteur partagé valant $10$. Chacun effectue trois étapes : lire la valeur, ajouter $1$, écrire le résultat. Si les exécutions s'entrelacent ainsi :

• P1 lit $10$.
• P2 lit $10$ (avant que P1 ait écrit).
• P1 écrit $11$.
• P2 écrit $11$.

Le compteur vaut $11$ au lieu de $12$ : une incrémentation a été perdue. Ce bug, appelé condition de course (race condition), disparaît si la section critique est protégée par un verrou.

Un interblocage ne peut survenir que si les quatre conditions suivantes sont réunies simultanément :

• exclusion mutuelle : une ressource ne peut être détenue que par un seul processus à la fois ;
• détention et attente : un processus garde ses ressources tout en en demandant de nouvelles ;
• non-préemption : une ressource ne peut être retirée de force à un processus ; il doit la libérer lui-même ;
• attente circulaire : il existe un cycle de processus $P_1\to P_2\to \cdots \to P_n\to P_1$ où chacun attend une ressource détenue par le suivant.

Briser une seule de ces conditions suffit à empêcher tout interblocage.

Deux philosophes partagent deux fourchettes. Chacun a besoin des deux pour manger. Le philosophe A prend la fourchette de gauche, le philosophe B prend la fourchette de droite ; chacun attend alors indéfiniment la fourchette que tient l'autre. C'est un interblocage : attente circulaire entre A et B. Une solution consiste à imposer un ordre global d'acquisition (toujours prendre la fourchette de plus petit numéro d'abord), ce qui brise l'attente circulaire.

Les trois commandes fondamentales de navigation :

pwd             # affiche le repertoire courant (Print Working Directory)
ls              # liste le contenu du repertoire courant
ls -l           # liste detaillee : droits, proprietaire, taille, date
ls -a           # affiche aussi les fichiers caches (commencant par .)
cd Documents    # se deplace dans le sous-repertoire Documents
cd ..           # remonte dans le repertoire parent
cd /home/ada    # se deplace via un chemin absolu
cd              # revient dans le repertoire personnel

• mkdir nom : créer un répertoire ;
• rm fichier : supprimer un fichier (rm -r pour un répertoire et son contenu, à manier avec prudence) ;
• cp src dst : copier ; mv src dst : déplacer ou renommer ;
• cat fichier : afficher le contenu d'un fichier ;
• man commande : afficher le manuel d'une commande.

La commande chmod (change mode) modifie les droits. On peut utiliser la notation octale ou la notation symbolique :

ls -l rapport.txt          # -rw-r--r-- : 644
chmod 600 rapport.txt      # notation octale : rw------- (prive)
chmod u+x script.sh        # ajoute le droit d'execution au proprietaire
chmod go-w fichier.txt     # retire l'ecriture au groupe et aux autres
chmod a+r public.txt       # ajoute la lecture a tous (all)

En notation symbolique : u/g/o/a désignent la cible (user, group, others, all), +, -, = l'opération, et r/w/x le droit.