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Le système d'exploitation (OS) interagit avec les programmes de plusieurs manières clés, principalement via un ensemble de services et de mécanismes qui permettent aux programmes d'exécuter et d'accéder aux ressources du système. Ces interactions peuvent être largement classées :
1. Gestion des processus :
* Création et résiliation : Le système d'exploitation est chargé de créer de nouveaux processus (instances de programmes en cours d'exécution) et de les terminer lorsqu'ils ont terminé ou rencontrent des erreurs. Cela implique l'allocation de ressources telles que la mémoire et l'attribution d'un ID de processus.
* Planification : Le planificateur du système d'exploitation détermine quel processus peut utiliser le processeur à un moment donné, en gérant les tranches de temps d'exécution pour permettre à plusieurs programmes de s'exécuter simultanément (même sur un processeur monocœur via le découpage temporel).
* Changement de contexte : Lorsque le planificateur bascule entre les processus, le système d'exploitation enregistre l'état actuel d'un processus (registres, pointeurs de mémoire, etc.) et charge l'état du processus suivant. Cela permet un multitâche efficace.
* Communication inter-processus (IPC) : Le système d'exploitation fournit des mécanismes (canaux, sockets, mémoire partagée, files d'attente de messages) qui permettent à différents processus de communiquer et d'échanger des données.
2. Gestion de la mémoire :
* Allocation et désallocation : Le système d'exploitation alloue de la mémoire aux processus lors de leur création et la libère une fois leur création terminée. Il gère la mémoire virtuelle, permettant aux processus d'accéder à plus de mémoire que ce qui est physiquement disponible en échangeant des pages vers et depuis le disque.
* Protection : Le système d'exploitation garantit que les processus n'interfèrent pas avec les espaces mémoire des autres, évitant ainsi les plantages et les failles de sécurité. Ceci est crucial pour la stabilité et la sécurité.
* Pagination et segmentation : Ces techniques permettent au système d'exploitation de gérer efficacement la mémoire, en la divisant en unités plus petites et gérables.
3. Gestion du système de fichiers :
* Accès aux fichiers : Les programmes demandent l'accès aux fichiers via des appels système. Le système d'exploitation gère la localisation des fichiers sur le disque, la gestion des autorisations d'accès et le transfert des données entre le programme et le disque.
* Gestion des répertoires : Le système d'exploitation gère l'organisation des fichiers et des répertoires au sein du système de fichiers.
* Métadonnées du fichier : Le système d'exploitation conserve des métadonnées sur les fichiers (taille, date de création, autorisations, etc.).
4. Gestion des entrées/sorties (E/S) :
* Pilotes de périphérique : Le système d'exploitation utilise des pilotes de périphériques pour communiquer avec les périphériques matériels (clavier, souris, lecteurs de disque, interfaces réseau). Les programmes interagissent avec le système d'exploitation, qui à son tour interagit avec les pilotes pour effectuer des opérations d'E/S.
* Tampon : Le système d'exploitation utilise souvent des tampons pour améliorer l'efficacité des E/S, en transférant les données en gros morceaux.
5. Appels système :
Il s'agit de l'interface principale entre un programme et le système d'exploitation. Les appels système sont des requêtes adressées par un programme au système d'exploitation pour des services spécifiques. Ces requêtes sont généralement gérées par le noyau du système d'exploitation. Les exemples incluent :
* `open()` – Ouvrir un fichier.
* `read()` – Lit les données d'un fichier ou d'un périphérique.
* `write()` – Écrit des données dans un fichier ou un périphérique.
* `fork()` – Crée un nouveau processus.
* `exit()` – Termine un processus.
Mécanisme :
L'interaction se produit généralement via une interface bien définie, impliquant souvent des appels système invoqués via des interruptions ou des pièges logiciels. Lorsqu'un programme a besoin d'un service du système d'exploitation, il effectue un appel système. Le noyau du système d'exploitation prend alors le contrôle, exécute le service demandé et rend le contrôle au programme. Cette interaction contrôlée garantit la stabilité du système et empêche les programmes d'accéder directement aux ressources du matériel ou d'autres processus sans autorisation.
En résumé, le système d'exploitation agit comme intermédiaire entre les programmes et le matériel sous-jacent, fournissant un environnement stable, sécurisé et efficace pour l'exécution des programmes et la gestion des ressources. Le système d'exploitation gère tous les détails de bas niveau, libérant ainsi les programmes d'avoir à gérer de telles complexités.
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