Système d’exploitation : la gestion des processus – ch 1.3

MOOC NSI : Numérique et Sciences Informatiques

5 Dec 202212:28

Summary

TLDRLa vidéo explique la gestion des processus dans un système d'exploitation. Elle décrit la création de processus, leur cycle de vie, et les états d'exécution, d'attente et de sommeil. Elle met en lumière l'importance de l'ordonnancement pour partager les ressources limitées entre les processus. Le script aborde également les systèmes d'exploitation temps réel, critiquant et souple, et mentionne des exemples de systèmes d'exploitation comme QNX et Free RTOS, ainsi que l'utilisation de processeurs multicœurs pour des tâches spécifiques.

Takeaways

💻 Un processus est l'instance d'exécution d'un programme, avec un PID unique et des ressources allouées par le noyau.
🔧 La gestion des processus est cruciale pour l'efficacité du système d'exploitation, qui gère également ses propres processus.
🎯 Les processus peuvent être des applications utilisateur, comme VLC, ou des services système, comme le serveur CUPS d'impression.
🚦 Les processus passent par différents états : création, exécution, attente, bloqué, prêt et terminaison.
🔄 La mémoire est partagée dans l'espace, tandis que le processeur est partagé dans le temps, ce qui implique un partage des ressources.
⏱️ L'ordonnanceur (scheduler) détermine l'alternance des processus entre les états d'exécution et d'attente.
🛑 Un processus peut être bloqué par des événements comme des appels système longs ou des attentes de données.
🔄 Les interruptions matérielles, comme les actions de l'utilisateur, peuvent déclencher l'ordonnanceur et changer l'exécution des processus.
🕒 Le 'quantum' de temps est une mesure clé dans l'ordonnancement des processus, influençant la réactivité et l'efficacité du système.
🏭 Les systèmes d'exploitation temps réel sont critiques pour les applications où les échéances doivent être strictement respectées, comme dans les systèmes de contrôle industriels.
🌐 Il existe différents types de systèmes d'exploitation temps réel, adaptés à des cas d'usage variés, allant des systèmes critiques à des systèmes plus flexibles.

Q & A

Qu'est-ce qu'un processus dans le contexte d'un système d'exploitation?
-Un processus est l'instance d'exécution d'un programme. Le noyau alloue un numéro d'identification unique (PID) et des ressources telles que la mémoire et le processeur à chaque processus.
Quels sont les exemples de processus système mentionnés dans le script?
-Le script mentionne le serveur CUPS (impression) qui utilise 0,3% des ressources processeurs et a le PID 10000 comme exemple de processus système.
Comment les processus utilisateur sont-ils créés?
-Les processus utilisateur sont créés lorsqu'une application est lancée par l'utilisateur. Par exemple, la lecture d'une vidéo avec VLC crée un processus VLC.
Quels sont les différents états d'un processus?
-Les états d'un processus incluent la création, l'exécution, l'attente (ready), le sommeil (sleeping), l'arrêt (stopped), le bloqué (blocked) et la fin (terminated).
Qu'est-ce que le partage du temps et comment fonctionne-t-il?
-Le partage du temps est une méthode utilisée par le noyau pour allouer des périodes de temps limitées du processeur aux processus en fonction de leur priorité ou de la politique d'ordonnancement en vigueur.
Pourquoi un processus peut-il passer en mode bloqué?
-Un processus passe en mode bloqué lorsqu'il effectue une opération qui nécessite des ressources externes comme une lecture sur le disque dur ou qu'il attend une réponse à une demande de service.
Que signifie un processus zombie et pourquoi cela peut-il être problématique?
-Un processus zombie est un processus qui a terminé son exécution mais dont l'espace mémoire n'a pas été libéré. Cela peut être problématique car il empêche d'autres processus d'utiliser ces ressources.
Quels sont les systèmes d'exploitation temps réel et dans quel contexte sont-ils utilisés?
-Les systèmes d'exploitation temps réel sont utilisés dans des contextes critiques où le respect des échéances est essentiel, comme les systèmes de freinage d'une voiture ou de contrôle d'un avion. QNX et Free RTOS sont donnés en exemple.
Quelle est la différence entre le temps réel critique et le temps réel souple?
-Le temps réel critique est utilisé dans des systèmes où les échéances doivent absolument être respectées, tandis que le temps réel souple permet de tolérer un retard limité sur les échéances.
Comment Linux gère-t-il la gestion des processus?
-Linux gère la gestion des processus à travers un noyau qui alloue des ressources et un PID unique à chaque processus, et utilise un algorithme d'ordonnancement comme le Round-Robin pour gérer le partage du processeur.

Outlines

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🖥️ Gestion des processus dans un Système d'exploitation

Le paragraphe 1 explique les fondamentaux de la gestion des processus dans un système d'exploitation. Un processus est présenté comme une instance d'exécution d'un programme, où le noyau alloue des ressources telles que le PID, la mémoire et le processeur. Le paragraphe détaille également les différents états d'un processus, allant de la création à la destruction, en passant par l'exécution, l'attente et le bloquage. Les processus système et les processus utilisateurs sont également discutés, ainsi que la nécessité de partager les ressources matérielles limitées entre les processus. L'ordonnancement des processus est introduit, avec un exemple simplifié sur un processeur monocoeur où plusieurs processus doivent partager le temps processeur.

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🔄 État et transition des processus

Le paragraphe 2 se concentre sur les changements d'état des processus lors de leur exécution. Il explique comment les processus passent d'un état à un autre en réponse à des événements ou des actions du système, comme la demande d'impression par LibreOffice qui le met en mode bloqué. L'interaction entre différents processus et le serveur d'impression CUPS est décrite, illustrant comment les processus sont prioritaires et comment ils sont gérés par l'ordonnanceur. Le paragraphe met également l'accent sur la préemption des processus et les implications de la taille du quantum de temps alloué aux processus, ainsi que les considérations pour les systèmes d'exploitation multitâches.

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⏱️ Systèmes d'exploitation temps réel et à usage général

Le paragraphe 3 traite des systèmes d'exploitation temps réel et à usage général, soulignant les différences fondamentales entre les deux. Il explique que les systèmes critiques, comme les systèmes de freinage d'une voiture ou de contrôle d'un avion, nécessitent un temps réel strict où les échéances doivent être respectées. En revanche, les systèmes à usage général comme Linux, Windows, Mac OS, Android et iOS ne sont pas en temps réel et ne garantissent pas les échéances. Le paragraphe mentionne également les systèmes d'exploitation temps réel comme QNX et Free RTOS, ainsi que les avantages de l'utilisation de processeurs multicœurs pour exécuter des systèmes d'exploitation parallèles. Le choix du système d'exploitation dépend non seulement de la performance et de la fiabilité mais aussi de facteurs comme la taille, le coût et la consommation énergétique.

Mindmap

Keywords

💡Processus

Un processus est l'instance d'exécution d'un programme. Dans le contexte de la vidéo, cela signifie que chaque programme en cours d'exécution est traité comme un processus distinct par le système d'exploitation. Par exemple, le serveur CUPS d'impression et l'application VLC lancée par l'utilisateur sont tous deux des processus qui utilisent des ressources du processeur.

💡PID (Process ID)

Le PID est un numéro d'identification unique attribué par le noyau d'un système d'exploitation à chaque processus. Il permet au système de gérer et d'identifier de manière unique chaque processus en cours d'exécution. Dans la vidéo, le serveur CUPS d'impression utilise le PID 10000.

💡États du processus

Les états du processus sont les différents modes dans lesquels un processus peut se trouver, tels que l'exécution, l'attente, le sommeil ou la fin. La vidéo explique que les processus alternent entre ces états en fonction de la disponibilité des ressources et des demandes du système, comme illustré par le processus VLC qui passe en mode prêt ou exécuté en fonction de l'utilisation du processeur.

💡Ordonnanceur (Scheduler)

L'ordonnanceur est l'élément du noyau du système d'exploitation qui détermine quel processus prêt sera exécuté et gère l'allocation du temps processeur. La vidéo explique comment l'ordonnanceur gère le partage du temps processeur entre plusieurs processus, garantissant ainsi une utilisation équitable des ressources.

💡Quantum de temps (Time Quantum)

Le quantum de temps est la durée pour laquelle un processus est autorisé à utiliser le processeur avant que le contrôle ne soit passé à un autre processus. La vidéo mentionne que le quantum de temps est variable et peut être ajusté en fonction du nombre de processeurs actifs, ce qui influence la réactivité et l'efficacité du système.

💡Multitâche

Le multitâche est la capacité d'un système d'exploitation à gérer plusieurs processus en parallèle, donnant l'impression que plusieurs tâches sont exécutées en même temps. La vidéo utilise l'exemple de l'ordonnanceur qui permet aux processus de se succéder rapidement sur le processeur, créant ainsi l'illusion de multitâche.

💡Temps réel

Le temps réel fait référence à la capacité d'un système d'exploitation à respecter des échéances strictes pour l'exécution de tâches. La vidéo distingue entre le temps réel critique, où les échéances sont essentielles, et le temps réel souple, où un retard limité peut être toléré. Les systèmes d'exploitation temps réel sont importants pour les applications où la fiabilité et la précision temporelle sont critiques.

💡Zombie

Un processus zombie est un processus qui a terminé son exécution mais dont les informations sont toujours enregistrées par le système d'exploitation. Dans la vidéo, cela est mentionné comme un état final possible pour un processus qui n'est pas correctement nettoyé après sa fin, ce qui peut entraîner une utilisation inutile des ressources.

💡Système d'exploitation temps réel

Un système d'exploitation temps réel (RTOS) est conçu pour s'exécuter avec des temps d'exécution prévisibles et des échéances strictes. La vidéo mentionne QNX et Free RTOS comme exemples de systèmes d'exploitation temps réel, qui sont utilisés dans des applications où la performance et la fiabilité sont critiques.

💡Processeur multicœur

Un processeur multicœur est un processeur qui possède plusieurs cœurs de traitement, permettant ainsi l'exécution de plusieurs tâches en parallèle. La vidéo explique comment les systèmes d'exploitation peuvent répartir la charge des processus sur plusieurs cœurs, améliorant ainsi l'efficacité et la performance du système.

Highlights

La gestion des processus est un aspect clé du système d'exploitation.

Un processus est l'instance d'exécution d'un programme.

Le noyau alloue un PID unique et des ressources à chaque processus.

Le serveur CUPS d'impression utilise 0,3% des ressources processeurs avec le PID 10000.

Les processus peuvent être des applications lancées par l'utilisateur.

Le processus VLC créé pour lire une vidéo utilise 43% du processeur.

Les ressources matérielles sont limitées et doivent être partagées entre les processus.

Les processus alternent entre des états d'exécution et d'attente.

Un processus est créé et un espace mémoire lui est alloué jusqu'à sa destruction.

Le processeur est partagé dans le temps entre les processus.

L'appréhension est l'arrêt de l'exécution du processus par le noyau.

Un processus peut faire un appel système long comme une lecture sur le disque dur.

Un processus bloque les données demandées ou après un certain temps.

Un processus terminé non détruit est appelé un zombie.

L'ordonnanceur détermine quel processus prêt passe en exécution.

Le partage du temps est expliqué à travers un exemple simplifié sur un processeur monocoeur.

Les interruptions matérielles peuvent déclencher l'ordonnanceur avant la fin du contrat de temps.

La préemption d'un processus nécessite de sauvegarder et de charger le contexte de l'autre processus.

Le choix du quant à temps est crucial pour la performance du système.

Linux stocke les informations sur l'ordonnanceur dans le dossier système.

Sur un processeur multicœur, la charge des processus est répartie sur les différents cœurs.

Les systèmes d'exploitation temps réel sont adaptés aux systèmes critiques.

Les systèmes d'exploitation à usage général comme Linux ne sont pas en temps réel.

Xeno-mai est un système d'exploitation temps réel optimisé pour faire tourner deux noyaux.

Il n'y a pas de système d'exploitation universelle, mais des systèmes adaptés à différents cas d'usage.