7 - Architectures matérielles et systèmes d'exploitation/NSI_7_4_Systemes_d_exploitation.ipynb

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 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Systèmes d'exploitation\n",
    "## Histoire et rôle des systèmes d'exploitation\n",
    "\n",
    "Nous avons vu qu'un ordinateur a été conçu pour exécuter des algorithmes sous forme de programmes.\n",
    "\n",
    "Le __système d'exploitation est un programme__ tout à fait singulier, il est __chargé en mémoire vive dès le démarrage de l'ordinateur et y reste jusqu'à son extinction__. Il a la charge de __coordonner l'ensemble des tâches__ qui sont exécutées par l'ordinateur, mais aussi de __piloter les différents composants__ (disque dur, écran, processeur, mémoire etc...) de l'appareil informatique. \n",
    "\n",
    "Il fait le __lien (interface) entre le matériel et les applications__.\n",
    "\n",
    "![OS](img/OS.png)\n",
    "\n",
    "Le système d'exploitation a les responsabilités suivantes :\n",
    "\n",
    "- Gérer le lancement des diverses applications et donner l'illusion que l'ordinateur est multitâche.\n",
    "- Identifier les utilisateurs.\n",
    "- Gérer l'organisation du disque dur et de ses fichiers.\n",
    "- Contrôler l'accès aux données du disque dur et ressources de l'ordinateur.\n",
    "\n",
    "Les deux familles de systèmes d'exploitation les plus populaires sont :\n",
    "\n",
    "- UNIX (dont macOS, GNU/Linux, iOS et Android)\n",
    "- Windows\n",
    "\n",
    "Voici une [courte vidéo de l'institut Mines-Telecom](https://youtu.be/4OhUDAtmAUo) présentant l'histoire des systèmes d'exploitation.\n",
    "\n",
    "Windows est principalement utilisé sur les PC de bureau, c'est un __système d'exploitation propriétaire__, tout comme MacOS. Son code source n'est pas disponible à tous.\n",
    "\n",
    "Linux, au contraire, est un __système d'exploitation libre__, son [code source est accessible en ligne](https://github.com/torvalds/linux).\n",
    "\n",
    "Dans le cas d'un __logiciel libre__, l'utilisation, l'étude, la modification et la duplication par autrui en vue de sa diffusion sont permises, techniquement et légalement, ceci afin de garantir certaines libertés induites, dont le __contrôle du programme par l'utilisateur__ et la possibilité de __partage entre individus__.\n",
    "\n",
    "> __Remarque :__ on utilise communément la terminologie OS (Opérating System) pour désigner un système d'exploitation.\n",
    "\n",
    "## Le Shell, une IHM pour les systèmes d'exploitation\n",
    "\n",
    "Une interface entre l’utilisateur et le système d’exploitation s’appelle un __[shell ou interpréteur de commandes](https://doc.ubuntu-fr.org/shell)__.\n",
    "\n",
    "Le rôle d’un shell est de prendre une entrée de l’utilisateur, de la traduire en instructions compréhensibles par le système d’exploitation et de renvoyer la réponse du système à l’utilisateur.\n",
    "\n",
    "Il existe deux grandes catégories de shell :\n",
    "\n",
    "- les __interfaces textuelles comme BASH__, le plus commun sur les systèmes de la famille UNIX.\n",
    "- les __interfaces graphiques__ qu’on retrouve dans les systèmes d’exploitation grand public __tels que Windows__.\n",
    "\n",
    "Pour résumer, une façon d’interagir avec le système est d’__utiliser un terminal (ou console) dans lequel vous pourrez saisir des commandes__ (qui ne sont rien d’autre que des programmes). Le programme avec lequel vous interagissez pour exécuter les commandes s’appelle le shell.\n",
    "\n",
    "## GNU/Linux, un OS libre\n",
    "### Linux, un OS issu de UNIX\n",
    "\n",
    "Linux, comme presque tous les OS actuels a une forte parentée avec UNIX, le premier OS multitâches et multi-utilisateurs à succès.\n",
    "\n",
    "Voici une [courte vidéo de l'institut Mines-Telecom](https://youtu.be/Za6vGTLp-wg) retracant cette histoire.\n",
    "\n",
    "### Histoire de GNU/Linux\n",
    "\n",
    "En 1991, l’étudiant finlandais Linus Torvalds qui a alors 22 ans, recherchait un moyen d'avoir un système UNIX sur sa machine INTEL. Comme il n'en trouvait pas à sa guise, il décida de commencer le développement d’un noyau de système d’exploitation alternatif à UNIX. \n",
    "\n",
    "Après quelques mois, Il diffusa le code de son travail via un compte FTP de l’Université d’Helsinki. Pour la petite anecdote, le dossier contenant ces travaux a été nommé « Linux » par un administrateur du serveur FTP : Linux pour « Linus UNIX ». Par la suite, ce nom restera. \n",
    "\n",
    "Au même moment, Richard Stallman, un « hacker » (programmeur) réputé du MIT, montait en parallèle un projet nommé « GNU » (Gnu Is Not Unix) dont le but était de créer un système d'exploitation libre et gratuit de type UNIX, à partir des contributions bénévoles de programmeurs.\n",
    "\n",
    "En résumé, Linus Torvalds avait le noyau mais pas les logiciels, et Richard Stallman avait les logiciels mais pas le noyau : la mise en commun logique qui suivit aboutit à la naissance du nouveau système d'exploitation GNU/Linux, abusivement abrégé en Linux dans la littérature courante, au grand désespoir de [Richard Stallman](https://youtu.be/4KDMxzGC2Ag) qui se sent parfois un peu oublié dans l'histoire, alors que sa très large contribution au succès de l'entreprise n'est plus à démontrer !\n",
    "\n",
    "Linux est beaucoup plus présent dans le monde des serveurs que sur les postes de travail. Le noyau Linux équipe la plupart des systèmes embarqués (box, robots, aérospatial, drones…). mais aussi les supercalculateurs Linux domine le marché des smartphones via l’OS Android qui s’appuie sur un noyau Linux.\n",
    "\n",
    "### L'arborescence de GNU/Linux\n",
    "#### Système de fichiers racine\n",
    "\n",
    "L’arborescence d’un système GNU/Linux se présente sous la forme suivante :\n",
    "\n",
    "![Arborescence des dossiers sous Linux](img/Arborescence.png)\n",
    "\n",
    "> __Remarques :__\n",
    "- Sous GNU/Linux, les fichiers cachés commencent par un point.\n",
    "- Sous GNU/Linux, un fichier ne possède pas forcement une extension.\n",
    "\n",
    "Bien entendu, les dossiers représentés peuvent contenir d'autres dossiers et des fichiers.\n",
    "\n",
    "Voici une brève description de quelques dossiers du système:\n",
    "\n",
    "Le __système de fichiers racine (root file system)__, soit le système de fichiers primaire est associé au __répertoire le plus haut `/`__ :\n",
    "\n",
    "- __`/bin` : commandes binaires utilisateur essentielles__ (pour tous les utilisateurs)\n",
    "- `/boot` : fichiers statiques du chargeur de lancement\n",
    "- `/dev` : fichiers de périphériques\n",
    "- `/etc` : configuration système spécifique à la machine\n",
    "- __`/home` : répertoires personnels des utilisateurs__\n",
    "- `/lib` : bibliothèques partagées essentielles et modules du noyau\n",
    "- `/mnt` : point de montage pour les systèmes de fichiers montés temporairement\n",
    "- `/proc` : système de fichiers virtuel d'information du noyau et des processus /root répertoire personnel de root (optionnel)\n",
    "- `/sbin` : binaires système (binaires auparavant mis dans `/etc`)\n",
    "- `/sys` : état des périphériques (model device) et sous-systèmes (subsystems)\n",
    "- `/tmp` : fichiers temporaires\n",
    "\n",
    "> __Remarques :__\n",
    "- sous Linux, les chemins sont séparés par des slashes `/` : `/etc/init/xfs` mais jamais des anti-slashes `\\` (spécifique à Windows).\n",
    "- `./` représente le répertoire courant.\n",
    "- `../` représente le répertoire parent.\n",
    "- `~/` (tilde) représente le répertoire personnel de l'utilisateur (`home/nom_utilisateur`).\n",
    "\n",
    "#### Chemin absolu ou relatif\n",
    "\n",
    "Ci-dessous, un exemple plus développé de l'arborescence d'un disque sous GNU/Linux :\n",
    "\n",
    "![Arborescence développée](img/Arborescence_developpee.png)\n",
    "\n",
    "On y voit les dossiers personnels de deux utilisateurs : jcg et elie.\n",
    "\n",
    "Pour __indiquer la position d'un fichier__ (ou d'un répertoire) dans l'arborescence, il existe 2 méthodes : indiquer un __chemin absolu__ ou indiquer un __chemin relatif__ :\n",
    "\n",
    "- Le __chemin absolu doit indiquer \"le chemin\" depuis la racine `/`__ et on indique tous les répertoires rencontrés.\n",
    "- Le __chemin relatif part du répertoire courant__. Il ne part donc pas forcément de la racine, mais depuis un répertoire quelconque.\n",
    "\n",
    "En considérant l'exemple d'arborescence ci-dessus :\n",
    "\n",
    "- Le __chemin absolu__ du fichier __`tutu.txt`__ sera :\n",
    "  - __`/home/elie/documents/tutu.txt`__\n",
    "- Le __chemin relatif__ permettant d'accéder au fichier __`toto.txt`__ depuis le répertoire __`jcg`__ est : \n",
    "  - __`photo/famille/toto.txt`__\n",
    "- le __chemin relatif__ pour accéder au fichier __`tata.txt`__ depuis le répertoire __`famille`__ est : \n",
    "  - __`../vacances/tata.txt`__ (remarque : `../` permet de remonter du dossier parent `photos`)\n",
    "\n",
    "> __Remarque :__ L’absence ou la présence du `/` au début du chemin nous permettra de distinguer un chemin relatif d’un chemin absolu.\n",
    "\n",
    "#### Application\n",
    "\n",
    "En vous basant sur l'arborescence ci-dessus, déterminez le chemin absolu permettant d'accéder au fichier :\n",
    "\n",
    "- `networks`\n",
    "- `titi.txt`\n",
    "\n",
    "Toujours en vous basant sur l'arborescence ci-dessus, déterminez le chemin relatif permettant d'accéder au fichier :\n",
    "\n",
    "- `titi.txt` depuis le répertoire `elie`\n",
    "- `tutu.txt` depuis le répertoire `boulot`\n",
    "\n",
    "### Bash, le shell Linux en lignes de commandes\n",
    "\n",
    "__[BASH](https://doc.ubuntu-fr.org/bash) est un [shell](https://doc.ubuntu-fr.org/shell), un interpréteur de lignes de commandes__ pouvant accéder aux services et interagir avec le noyau d'un système d'exploitation. \n",
    "\n",
    "__Bash est le shell de base utilisé dans le terminal__ d'une distribution Linux.\n",
    "\n",
    "A l'ouverture d'un terminal, on peut voir l'__invite de commande__ sous la forme suivante :\n",
    "\n",
    "    nom_utilisateur@nom_ordinateur:~$\n",
    "\n",
    "La syntaxe d’une commande Bash est simple. Il suffit de saisir le nom de la commande à la suite de cette invite.\n",
    "\n",
    "Par exemple :\n",
    "\n",
    "    nom_utilisateur@nom_ordinateur:~$ ls\n",
    "    \n",
    "La commande `ls` permet en effet de lister le contenu d'un dossier.\n",
    "\n",
    "> __Remarque :__ le nom de la commande peut être suivi d’options facultatives, introduites par un tiret, et d’arguments : \n",
    "  - `nom_commande -option1 -option2 argument1 argument2`\n",
    "\n",
    "Par exemple, la commande ci-dessous demande d’utiliser la commande `ls` pour afficher les informations détaillées (option `-l`) sur le fichier `exemple.txt`:\n",
    "\n",
    "    naruto@MonOrdiAMoi:~$ ls -l exemple.txt\n",
    "    \n",
    "On obtient :\n",
    "\n",
    "    -rw-rw-r-- 1 proprietaire groupe_proprietaire 10 août 16 12:05 exemple.txt\n",
    "\n",
    "> __Remarque :__  chaque commande est un programme enregistré dans un fichier. Par exemple, la commande `ls` se réfère à un programme situé  à l'emplacement `/usr/bin/ls` \n",
    "\n",
    "## Terminus, tout le monde apprend le Bash\n",
    "\n",
    "Pour la suite de l'apprentissage des lignes de commandes, nous utiliserons un __jeu en ligne__ : Terminus. Gardez à l'esprit que même si c'est un jeu, c'est avant tout un travail qui vous permettra d'apprendre ou de réviser les commandes Bash.\n",
    "\n",
    "Au fur et à mesure de votre avancée dans le jeu, __vous devrez donc faire un plan du jeu et noter TOUTES les commandes apprises__, leur fonction et éventuellement leur mode de fonctionnement le plus utile (options, arguments)\n",
    "\n",
    "Toutes ces commandes, doivent être répertoriées dans le tableau suivant :\n",
    "\n",
    "|Commandes|Fonction|Options, arguments|\n",
    "|:---:|:---:|:---:|\n",
    "|__`ls`__|Permet de lister un répertoire|__`-l`__ : Permet un affichage détaillé du répertoire|\n",
    "|__`cat`__|Affiche le contenu d'un fichier|...|\n",
    "|...|...|...|\n",
    "\n",
    "Le __plan à construire__ au fur et à mesure de l'avancée du jeu doit être effectué sous l'une de ces deux formes :\n",
    "\n",
    "- un simple __brouillon au papier__ :\n",
    "\n",
    "![Plan Terminus papier](img/Plan_terminus.png)\n",
    "\n",
    "- __ou une carte mentale numérique__, avec le logiciel Freeplane\n",
    "\n",
    "![Plan Terminus Freeplane](img/Freeplane_terminus.png)\n",
    "\n",
    "Si vous choisissez la carte mentale, vous trouverez un fichier `Terminus_Plan.mm` dans le répertoire de travail habituel et sur Gitlab pour commencer votre travail.\n",
    "\n",
    "> __Remarques :__ \n",
    "- le jeu Terminus adapte librement les commandes Bash aux besoins du gameplay. Par exemple, la commande `cat` permettant normalement d'afficher le contenu d'un fichier permet, dans le jeu, d'interagir avec un objet ou un personnage (lire, parler,...).\n",
    "- dans votre tableau, il faut donc bien noter la fonction Bash de la commande et non pas sa fonction adaptée au jeu.\n",
    "- le [site web de documentation d'Ubuntu](https://doc.ubuntu-fr.org/tutoriel/console_commandes_de_base) peut vous être utile pour trouver les mots permettant de résumer la fonction d'une commande.\n",
    "- Pour effectuer un saut de ligne dans les champs de texte du logiciel Freeplane, il faut effectuer la combinaison de touches `Crtl + Entrée`.\n",
    "\n",
    "__Et maintenant... place au jeu :__\n",
    "\n",
    "[![Terminus](img/Terminus.png)](http://luffah.xyz/bidules/Terminus/)\n",
    "\n",
    "## Que retenir ?\n",
    "### A minima...\n",
    "\n",
    "- Un __système d'exploitation__ (souvent appelé OS) est un programme qui __dirige l'utilisation des ressources d'un ordinateur__ (accès mémoire, utilisation du processeur, communication vers des périphériques,...) par des logiciels applicatifs.\n",
    "- Un OS est une __interface entre les logiciels applicatifs et le matériel__.\n",
    "- Contrairement à un logiciel propriétaire, un __logiciel libre  donne accès à son code source afin de favoriser son contrôle, ses modifications et son partage__. Linux est un logiciel libre, contrairement à Unix, Windows et MacOS.\n",
    "- Certaines distributions de Linux comportent un shell graphique mais toutes incluent un __shell textuel, par lignes de commandes__.\n",
    "- Il faut connaître les __[commandes Bash de base](https://doc.ubuntu-fr.org/tutoriel/console_commandes_de_base)__ :\n",
    "  - `cd` pour naviguer d'un dossier à l'autre\n",
    "  - `ls` pour lister le contenu d'un dossier\n",
    "  - `cat` pour lire le contenu d'un fichier\n",
    "  - `touch` pour créer un nouveau fichier\n",
    "  - `mkdir` pour créer un nouveau dossier\n",
    "  - `sudo` pour obtenir les droits de super-utilisateur\n",
    "- On peut définir un __chemin__ vers un fichier ou dossier de façon :\n",
    "  - relative, en partant du dossier courant.\n",
    "  - absolue, en partant du dossier racine /.\n",
    "\n",
    "### Au mieux...\n",
    "\n",
    "- Le __système de fichiers racine__ de GNU / Linux comprend au minimum 8 dossiers.\n",
    "  - /bin contient les programmes communs essentiels.\n",
    "  - /home contient les dossiers personnels des utilisateurs.\n",
    "  - /etc contient les fichiers de configuration de l'OS et de certains programmes.\n",
    "- Les __caractères spéciaux ~, . et ..__ correspondent respectivement au répertoire personnel de l'utilisateur, au répertoire courant et au répertoire parent.\n",
    "- Les noms des fichiers cachés commencent par un point.\n",
    "- Il faut connaître les [commandes Bash de base](https://doc.ubuntu-fr.org/tutoriel/console_commandes_de_base) :\n",
    "  - `man` pour connaître le manuel d'utilisationd 'une commande.\n",
    "  - `rm` pour effacer un fichier ou dossier.\n",
    "  - `cp` pour copier un fichier ou dossier.\n",
    "  - `mv` pour déplacer ou renommer un fichier.\n",
    "  - `pwd` pour connaître le chemin courant.\n",
    "  - `find` pour trouver un fichier par son nom.\n",
    "  - `grep` pour trouver une chaîne de caractère dans un fichier.\n",
    "- une __invite de commande__ se présente sous la forme : `user@machine:/chemin/courant $`\n",
    "\n",
    "---\n",
    "[![Licence CC BY NC SA](https://licensebuttons.net/l/by-nc-sa/3.0/88x31.png \"licence Creative Commons CC BY-NC-SA\")](http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/fr/)\n",
    "<p style=\"text-align: center;\">Auteur : David Landry, Lycée Clemenceau - Nantes</p>\n",
    "<p style=\"text-align: center;\">D'après des documents partagés par...</p>\n",
    "<p style=\"text-align: center;\"><a  href=http://www.monlyceenumerique.fr/index_nsi.html#premiere>JC. Gérard, T. Lourdet, J. Monteillet, P. Thérèse, sur le site monlyceenumerique.fr</a></p>\n",
    "<p style=\"text-align: center;\"><a  href=https://pixees.fr/informatiquelycee/n_site/nsi_prem.html>Pixees, le site de David Roche</a></p>\n",
    "<p style=\"text-align: center;\"><a  href=https://frederic-junier.org/>Frédéric Junier, Lycée du Parc à Lyon</a></p>\n",
    "<p style=\"text-align: center;\"><a  href=https://www.nsi-premiere.fr/index.html>Manuel NSI, de Balabonski, Conchon, Filliâtre et Nguyen</a></p>"
   ]
  }
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