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title: "Systèmes d'exploitation : Introduction"
date: 2021-09-10
tags: ["système", "appels système", "interruption"]
categories: ["Systèmes d'exploitation", "Cours"]
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## Qu'est ce que c'est?

D'après
[Wikipedia](https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_d%27exploitation) "

> un système d'exploitation est est un ensemble de programmes qui dirige
> l'utilisation des ressources d'un ordinateur par des logiciels applicatifs.

Il permet l'abstraction matérielle *(via les pilotes de périphériques)*, la
gestion des processus *(et leur séparation, permettant à un processus défectueux
de ne pas impacter les autres)*, la gestion fine des ressources...

Le systèmes d'exploitation prend en charge la gestion du processeur, de la
mémoire, des accès disques, de la pile réseau, les services et souvent aussi
l'interface graphique. Il peut-être *(rarement)* mono-utilisateur ou 
multi-utilisateur.

Il est donc important de ne pas confondre **Noyau** et système d'exploitation,
le premier étant une partie du second.

## Les interruptions

D'après [Wikipedia](https://fr.wikipedia.org/wiki/Interruption_(informatique)) :

> une interruption est une suspension temporaire de l'exécution d'un programme
> informatique par le microprocesseur afin d'exécuter un programme prioritaire
> (appelé service d'interruption)."

Les interruptions peuvent être envoyées par les périphériques ou le CPU
lui-même. Lors de son envoi, aucun message n'est envoyé, seulement son numéro,
le CPU fait alors un saut vers une routine définie par **la table
d'interruption**. Cette table est mise en place par le *noyau* en RAM. Cette
table contient une entrée par interruption. 

Il existe deux grand type 
d'interruption:

 * Celle basées sur le matériel
 * Celle basée sur le temps (horloge)

![Fonctionnement des interruptions](images/interruptions.svg)

La routine propre à l'interruption appelle ensuite une *iret* afin de reprendre
l'exécution précédente.

sous certaines conditions, certaines interruptions sont "masquable" *(mais elle
ne peuvent pas être ignorées)*.

### Le cas du timer

C'est une interruption déclenchée à intervalle régulier, en général toutes les
10ms. Ainsi un processus ne peut pas monopoliser indéfiniment le CPU. Le noyau 
peut stopper, voire tuer un processus trop gourmand lors de son passage sur le
CPU.

## Les privilèges

Nous avons besoin de contrôler ce que font les processus, seul le noyau doit
être tout-puissant. Le contrôle des instructions autorisées (ou non) ne peut se
faire **qu'au niveau du matériel** et donc du CPU.

Ainsi ce dernier disponse de deux modes de fonctionnement: 

 * **protégé**: seul un nombre restreint d'instructions sont disponibles
 * **réel** (ou noyau) toutes les instructions sont disponibles.

Si une instruction privilégiée est exécutées par un processus, une exception
(sorte d'interruption) est lancée.

Pour des questions de sécurité, un processus ne doit pas pouvoir exécuter des
instructions privilegiées. En effet le rôle du noyau est aussi de faire
abstraction du matériel, lui seul y a accès. Cependant certains processus ont
besoin d'y accéder **un affichage** avec `printf` ou la **saisie d'un texte au
clavier** ou encore **créer un processus**, et utiliser des instructions du mode
réel.

### Les appels systèmes

Pour celà le noyau dispose d'un mécanisme : **les appels systèmes**. ainsi le
noyau contient des routines pouvant être utiles aux processus. Ces routines sont
appelés par des interruptions logicielles. Le processus positionne  le numéro de
l'appel un registre (`%eax` sur les processeurs Intel) et lance l'interruption.

Côté noyau, une table contenant la liste des appels systèmes est positionnée en
RAM.

L'utilisation des appels systèmes est sécurisée : les processus ne joue pas avec
des adresse mémoires contenant des routines, mais ne connaissent seulement son
numéro. Les paramètres necessaires aux appels sont eux stockés sur la pile.

### Dans les systèmes modernes.

Ils sont nombreux : on en compte environ 330 dans Linux et plus de 500 dans
MacOSX. 

Pour Linux, certaines routines sont inclues dans la `libc` et ne sont donc pas
des appels système. Par exemple `printf` qui affiche des éléments à l'écran et
inclu dans la `libc` utilise l'appel système `write`.