% — % UQAM — Département d'informatique % Plan de cours * Horaires, locaux et enseignants: Description du cours ==================== Objectifs --------- Comprendre la structure et le fonctionnement interne d'un système d'exploiration. Utiliser efficacement l'interface de programmation bas-niveau. Sommaire du contenu ------------------- Rôles, types et structure générale des systèmes d'exploitation. Mécanismes noyaux : appels systèmes, interruptions, modes d'exécution processeur. Gestion des processus : états des processus, création et terminaison (fork et exec). Multitâche : changement de contexte, fils (threads), ordonnancement des tâches. Gestion des fichiers : systèmes de fichiers, inodes, descripteurs de fichiers, fichiers spéciaux. Communication inter-processus : échanges de messages, signaux, tubes, mémoire partagée. Concurrence : synchronisation, sections critiques, interblocages. Gestion de la mémoire : adressage, allocation, protection, pagination, mémoire virtuelle. Entrées-sorties : pilotes, pseudo-périphériques. Les considérations de sécurité seront intégrées au développement de la matière. Modalité d'enseignement ----------------------- Ce cours comporte une séance obligatoire de laboratoire (2 heures). Préalables académiques ---------------------- - INF1070 - Utilisation et administration des systèmes informatiques - INF2171 - Organisation des ordinateurs et assembleur - INF3135 - Construction et maintenance de logiciels Objectif du cours ================= Présenter les concepts fondamentaux des systèmes d'exploitation (processus, threads, E/S, systèmes de fichiers, gestion de la mémoire, concurrence, parallélisme, communication, sécurité...). Illustrer les concepts présentés à travers l'utilisation du système Unix: programmation en C d'applications multiprocessus, synchronisation, communication... Formule pédagogique et matériel requis ====================================== Le cours et les laboratoires seront donnés en présentiel. Linux ----- Pour réaliser les exercices de laboratoire et les travaux pratiques, les étudiants doivent avoir accès a un ordinateur utilisant une distribution Linux avec les logiciels et bibliothèques nécessaires au développement d'application en C (gcc et autre). Dans le cadre du cours, nous utilisons des distributions basées sur Debian (dont Ubuntu), mais la plupart des autres distributions Linux à jour seront acceptables. Les activités sont conçues et testés sous Linux avec un ordinateur x86-64. Malheureusement, nous ne pouvons pas garantir que tout fonctionnera correctement sur macOS et Windows. En particulier, les ordinateurs macOS récents utilisent l'architecture ARM, ce qui n'est pas supporté pour les activités en assembleur. Vous pouvez utiliser les postes des laboratoires en redémarrant avec Linux, une machine virtuelle Linux sur votre propre ordinateur, ou utiliser le serveur de l'UQAM [Java Labunix](https://wiki.uqam.ca/display/SWSI/Labunix). Contenu du cours ================ Le contenu indiqué ici est donné à titre indicatif. Semaine 1: Introduction ----------------------- - Définition des systèmes d'exploitation. - Rappels sur les composants d'un ordinateur. - Rôles d'un système d'exploitation. - Mode noyau du processeur. - Appel système. - Interruptions et autres mécanismes matériels. - Éléments POSIX notables: man, errno, perror. Semaine 2: Processus -------------------- - Création de processus et fils d'exécution. - Exécution de programmes. - Terminaison volontaire et forcée. - État de tâches. - Segments mémoire. - Éléments POSIX notables: fork, exec, wait, exit, pthread Semaine 3: Gestion de fichiers ------------------------------ - Types de fichiers. - Opérations sur les fichiers. - Répertoires. - Format de fichiers. - Permissions et propriétaires. - Éléments POSIX notables: stat, open, close, read, write, opendir, readdir Semaine 4: Ordonnancement des processus --------------------------------------- - Changement de contexte. - Ordonnanceur préemptifs et non-préemptifs. - Quantum et priorité. - Algorithmes FCFS, SPR, RR, CFS. - Politique temps-réel. - Migration entre processeurs. - Éléments POSIX notables: nice, sched, getrusage. Semaine 5: Mémoire virtuelle ---------------------------- - Table de page et traduction d'adresse. - Protection mémoire. - Pagination. - Mémoire virtuelle et mémoire résidente. - Copy-on-write. - Projection de fichiers en mémoire. - Cache de page. - Éléments POSIX notables: mmap, brk, malloc, sync Semaine 6: Stockage ------------------- - Périphériques de type bloc. - Système de fichiers. - Point de montage. - Ordonnancement des requêtes. - Fiabilité, fragmentation, chiffrement, performance. - Appels POSIX notables: mount, mkfs, Semaine 7: Communication inter-processus ---------------------------------------- - Envoi et traitement de signaux. - Tubes anonymes et nommés. - Socket. - Mémoire partagée. - Éléments POSIX notables: sigaction, kill, pipe, mkfifo, shm, socket, bind, listen, connect. Semaine 8: Examen intra ----------------------- - La séance de laboratoire est maintenue. Semaine 9: Synchronisation -------------------------- - Sections et conditions critiques. - Attente active et passive. - Verrous, sémaphores, barrières et variables de condition. - Verrou asymétriques. - Appel système futex. - Éléments POSIX notables: pthread_mutex_lock, pthread_mutex_unlock, sem_post, sem_wait. Semaine 10: Interblocage ------------------------ - Étude des interblocages - Problème des philosophe. - Vérification en fonctionnement. - Détection et prévention des interblocages. Semaine 11: Appels systèmes asynchrones --------------------------------------- - Programmes interactifs. - Multiplexage entre descripteurs de fichiers. - Programmation asynchrone. Semaine 12: Virtualisation -------------------------- - Émulation, conteneurs et virtualisation. - Élément de performance, sécurité. Semaine 13: Sécurité et Microsoft Windows ----------------------------------------- - Authentification. - Division des permissions. - Audit, politique de sécurité. - API Win32, portabilité de programmes. Semaine 14: Étude de cas ------------------------ - Révision, exercices et sujets d'actualité. Semaine 15: Examen final ------------------------ - Pas de laboratoire. Modalités d'évaluation ====================== Description Pondération Échéance ------------------- ------------- ------------------- Quiz 1 5% 5 juin 2023 Quiz 2 5% 25 juillet 2023 Examen mi-session 25% 20 juin 2023 Examen final 25% 8 août 2023 TP 1 10% Remise semaine 5 TP 2 15% Remise semaine 9 TP 3 15% Remise semaine 13 Les travaux pratiques devront être réalisés en équipe de deux ou individuellement et consistent en la réalisation d'utilitaires systèmes. Le TP1 porte sur la création de processus et la gestion de fichiers. Le TP2 porte sur l'utilisation efficace des appels systèmes. Le TP3 porte sur la synchronisation. Tous travaux remis sera corrigé. Toutefois, une pénalité de 10% s'applique pour chaque 24h de retard. La note zéro sera attribuée pour un travail remis avec plus de 72h de retard. Ceci a pour but de corriger et remettre les notes rapidement. Pour réussir le cours, l'étudiant doit obtenir une moyenne cumulée aux examens supérieure ou égale à 50% et une moyenne supérieure ou égale à 50% dans l'ensemble des évaluations du cours. Si ces seuils ne sont pas atteints, la mention échec sera automatiquement attribuée au cours, et ce, quelles que soient les notes obtenues. La note finale (en lettre, A+, A, etc.) pour le trimestre sera attribuée en fonction de l'atteinte des objectifs spécifiques à travers les évaluations. La distribution des résultats dans le groupe pourrait aussi être utilisée. Aucune autre opportunité (travail supplémentaire, etc.) d'augmenter le nombre de points ne sera accordée. Intégrité académique -------------------- En cas de plagiat ou de fraude, la sanction peut aller de la note zéro pour le travail ou l'examen, jusqu'à l'exclusion de l'université. Les règlements concernant le plagiat seront strictement appliqués. Pour plus de renseignements, consultez le site suivant : Médiagraphie ============ Les ressources suivantes sont recommandées. - SILBERSCHATZ, A., GAVIN, P.B., GAGNE, G. -- Operating Systems Concepts, 10TH EDITION, WILEY, 2018. - TANENBAUM, Andrew S. -- *Modern Operating Systems* -- PRENTICE HALL, 4RD ED., 2014. - TANENBAUM, Andrew S. -- *Système d'exploitation* -- PERSON EDUCATION, 3RD ED. (en français) Des ressources complémentaires sont disponibles - NUTT, G. -- *Operating system concepts* -- ADDISON WESLEY. - STALLING, W. -- *Operating systems Internals and Design Principles* -- PRENTICE HALL. - BIC, L.F. et SHAW, A.C. -- *Operating systems principles* -- PRENTICE HALL. - KERNIGHAN, B.W., RITCHIE, D.M. -- *The C programming language* -- PRENTICE HALL. - BLAESS, C. -- *Développement système sous Linux* -- EYROLLES - RIFFLET, J.M. -- *La programmation sous Unix* -- SCIENCE INTERNATIONAL, PARIS. - KERRISK M. -- *The Linux Programming Interface* -- NO STARCH PRESS. - GRAY, J.S. -- *Inteprocess communications in Linux* -- THE NOOKS AND GRANMIS. - ROBBINGS, K.A. et ROBBINGS, S. -- *Unix Systems Programming* -- PRENTICE HALL.