Les systèmes d'exploitation

1. L’origine des systèmes d’exploitation

Les premiers ordinateurs des années 1940-1950, tels que l’ENIAC et l’EDSAC, n’étaient pas équipés d’un véritable système d’exploitation. Les programmes étaient exécutés directement sur le matériel brut, avec une interaction minimale de l’utilisateur. L’opérateur devait intervenir physiquement pour charger un programme soit en reliant des câbles, soit en insérant des cartes perforées. Ce processus était non seulement lent, mais aussi très inefficace, car les ordinateurs restaient inactifs pendant les périodes de chargement ou de débogage.

2. Les premiers jalons

Le besoin de gérer plus efficacement le temps de calcul a conduit au développement des premiers systèmes d’exploitation rudimentaires dans les années 1950, avec l’introduction...

1. Un prétexte...

En 1969, Ken Thompson et Dennis Ritchie, deux chercheurs de Bell Labs, ont été mandatés par leur direction pour développer un logiciel de traitement de texte. Le besoin de Bell Labs était simplement de disposer d’un traitement de texte performant pour automatiser la production et l’édition de documents, notamment la rédaction et la mise en forme des documents techniques et des rapports internes. À cette époque, l’utilisation des ordinateurs pour des tâches administratives et documentaires devenait de plus en plus courante. En interne, Bell cherchait une solution pour remplacer des méthodes plus archaïques, comme la dactylographie manuelle, par un système plus efficace et automatisé.

Figure 5-1- Ken Thompson et Dennis Ritchie dans les années 70 (image dans le domaine public)

C’est à ce moment-là que Ken Thompson et Dennis Ritchie, inspirés par certaines idées de Multics, ont voulu créer un système plus simple et efficace....

1. MS-DOS

MS-DOS 1.0 sort en 1981, et tout au long des années 1980, Microsoft en améliore les versions avec de nouvelles fonctionnalités comme la gestion des disques durs. MS-DOS devient omniprésent dans le monde des PC, essentiellement par la stratégie de Microsoft consistant à licencier le système à différents fabricants d’ordinateurs compatibles IBM, profitant ainsi de la prolifération de machines IBM PC compatibles. À cette époque, Microsoft devient le fournisseur dominant de systèmes d’exploitation pour PC.

Figure 5-4 - Le Shell MS-DOS - Auteur : Gvtyhbiju - Wikimedia (image dans le domaine public)

Dans les années 1980, les fabricants de PC ont opté pour MS-DOS plutôt que pour Unix pour plusieurs raisons :

1. Minix

Minix est un système d’exploitation développé par Andrew S. Tanenbaum en 1987, principalement à des fins éducatives. Conçu comme une version simplifiée d’Unix, il avait pour but de fournir un socle permettant d’enseigner et d’étudier les concepts fondamentaux des systèmes d’exploitation. Minix est un micro-noyau, ce qui signifie que seules les fonctions essentielles sont dans le noyau, tandis que la plupart des services système s’exécutent en dehors de celui-ci. Bien que Minix ne fût jamais aussi complet ou performant qu’Unix, son code source ouvert a attiré l’attention des développeurs, dont un jeune étudiant finlandais nommé Linus Torvalds. Nous y reviendrons.

Figure 5-6 - Le shell minix - Auteur : Huihermit / Wikimedia (image dans le domaine public)

2. GNU et la Free Software Foundation (FSF)

En parallèle, dans les années 1980, Richard Stallman lance le projet GNU (un acronyme récursif signifiant GNU’s Not Unix) avec l’objectif de créer un système d’exploitation libre et entièrement compatible avec Unix. Ce projet s’inscrit dans une vision plus large de la Free Software Foundation (FSF), qu’il fonde pour promouvoir la liberté logicielle en cherchant à créer un système d’exploitation complet, composé d’outils logiciels entièrement libres, permettant aux utilisateurs de modifier...

1. Les premiers OS Apple

L’histoire des systèmes d’exploitation d’Apple avant Mac OS X commence en 1978 avec Apple DOS sur l’Apple II, un système simple pour gérer des fichiers sur disquette et quelques outils fonctionnant en mode console (notons qu’il exista des systèmes d’exploitation alternatifs pour l’Apple II comme ProDOS ou Apple Pascal). En 1983, l’Apple Lisa introduit une interface graphique élaborée, mais son coût élevé limita son adoption. En 1984, le Macintosh 128K propose le Macintosh System Software, qui popularise l’interface graphique et la souris. Les versions System 1 à 6 suivent et sont largement valorisées par leurs interfaces graphiques simplifiées, avec un accent sur la facilité d’utilisation.

Cependant, elles sont limitées par l’absence de gestion de la mémoire protégée et d’un multitâche réel.

En 1991, System 7 apporte le multitâche coopératif, le support des couleurs et une interface plus moderne. Cependant, il souffre de limitations technologiques et reste en dessous des capacités d’autres systèmes plus robustes.

Apple tente ensuite de développer Copland dans les années 1990, un projet ambitieux...

1. Mach

Développé dans les années 1980 à Carnegie Mellon University, Mach est devenu une base pour plusieurs systèmes d’exploitation, dont NeXTSTEP (utilisé par NeXT, l’entreprise fondée par Steve Jobs), puis macOS et iOS d’Apple. Mach est également utilisé dans le projet GNU Hurd. OSF/1, un autre système d’exploitation Unix-like développé par l’Open Software Foundation dans les années 1990, repose également sur Mach.

Mach permet des fonctionnalités telles que le multitâche et la gestion de la mémoire. Toutefois, dans ses premières itérations, il a été critiqué pour sa lenteur, notamment dans la gestion des communications interprocessus (IPC).

Les systèmes Apple macOS et iOS utilisent encore aujourd’hui une version dérivée de Mach, combinée...

1. Les prémices de la virtualisation

Les premiers véritables concepts de virtualisation remontent aux années 1960 avec les travaux d’IBM, notamment sur ses systèmes System/360 et System/370. IBM introduisit alors des hyperviseurs rudimentaires pour répondre à plusieurs besoins :

1. Architecture moderne des Systèmes d’exploitation

Revenons un peu sur l’architecture des systèmes d’exploitation présentée initialement sur la figure 3-4 pour voir, cette fois-ci, un modèle plus complet.

Figure 5-12 - Vue plus complète de l’architecture des OS

Le schéma de la figure 5-12 montre l’architecture avancée d’un système d’exploitation moderne, en commençant par le matériel (CPU, RAM, disques durs, réseau, etc.) en bas, et en montant progressivement vers les applications de l’utilisateur. Au cœur, le noyau gère les fonctionnalités essentielles comme la gestion des processus, de la mémoire virtuelle et des pilotes de périphériques. Il utilise un ensemble de modules (comme le gestionnaire de fichiers ou le gestionnaire de mémoire) pour offrir un environnement multitâche. Les bibliothèques standards comme la librairie C standard (par exemple...