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Systèmes dexploitation Evolués M1 - ISI 1 ére année Mastere en Informatique Système dexploitation pour lembarqué Chapitre 04.

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1 Systèmes dexploitation Evolués M1 - ISI 1 ére année Mastere en Informatique Système dexploitation pour lembarqué Chapitre 04

2 2 Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Système dexploitation pour lembarqué 1. Introduction des systèmes embarqués 1. Quest ce quun système embarqué 2. Caractéristiques principales 3. Champs dapplication 2. Role des systèmes dexploitation pour lembarqué 3. Les architectures des systèmes dexploitation 1. OS Monolithique 2. OS Multicouches 3. OS Micronoyau 4. OS Machine virtuelle 4. Les normes des systèmes dexploitation 2

3 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Quest ce quun système embarqué? Cest un système électronique et informatique autonome qui est dédié à une tâche particulière et contenue dans un système englobant. Il nest «généralement» pas programmable. Pas dE/S standards Matériel et application intimement liés Logiciel enfoui … noyé dans le matériel … pas facilement discernable comme dans un PC. 3

4 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Caractéristiques principales dun système embarqué Système principalement numérique Met généralement en oeuvre un processeur Exécute une application logicielle dédiée précise (non pas une application scientifique ou grand public) Il na pas réellement de clavier standard et laffichage est limité Ce ne sont pas des PC, mais des architectures similaires (x86) 4

5 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Champs dapplication Calcul généraliste Similaire aux applications bureau mais embarqué (assistant personnel, téléphone portable, etc.) Consoles de jeux vidéo, settop box Contrôle de systèmes Moteur, voiture, avion, processus chimique, nucléaire, navigation, etc. Traitement du signal Compression vidéo, radar, flux de données, etc. Réseaux et communications Transmission de données, commutation, routage, téléphone, Internet, etc. 5

6 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Système embarqué typique 6

7 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Logiciel/matériel embarqué Logiciel embarqué: Programme/application utilisé dans un équipement et complètement intégré dans ce dernier. Système embarqué: Matériel(s) + logiciel(s) (+ OS). On peut trouver 2 types de systèmes embarqués: Systèmes embarqués destinés à lutilisateur (highend): généralement une version dégradée dun OS existant (ex: Linux). Ex: routeurs, PDA, etc. Systèmes embarqués profondément enfouis: peu de fonctions, très petite empreinte mémoire: Appareil photo numérique, téléphones portables, etc. 7

8 8 Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Système dexploitation pour lembarqué 1. Introduction des systèmes embarqués 1. Quest ce quun système embarqué 2. Caractéristiques principales 3. Champs dapplication 2. Role des systèmes dexploitation pour lembarqué 3. Les architectures des systèmes dexploitation 1. OS Monolithique 2. OS Multicouches 3. OS Micronoyau 4. OS Machine virtuelle 4. Les normes des systèmes dexploitation 8

9 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Role des systèmes dexploitation pour lembarqué (1/2) Les systèmes dexploitation permettent: De gérer les ressources matérielles en assurant leurs partages entre les différents utilisateurs. De présenter une interface homogène et générique(en abstrayant la complexité matérielle) mieux adaptée aux utilisateurs. Pourquoi un système dexploitation pour lembarqué ? Affranchir le développeur de logiciel embarqué de bien connaître le matériel gain en temps de développement Les applications doivent avoir un accès aux services de lOS via des APIs (réutilisabilité du code, interopérabilité, portabilité, maintenance aisée) Possibilité de bénéficier des mêmes avancées technologiques que les applications classiques (TCP/IP, HTTP, etc.) Environnement de développement plus performant 9

10 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Role des systèmes dexploitation pour lembarqué (2/2) Contrôle de processus sans (ou à faible) contrainte temporelle Systèmes à temps partagé Garantir le partage équitable du temps et des ressources Contrôle de processus avec contrainte temps réel Systèmes temps réel (Garantir les temps de réponse) Systèmes à contraintes souples/molles: systèmes acceptant des variations minimes de temps de réponse (systèmes multimédias) Systèmes à contraintes dures: gestion stricte du temps pour conserver lintégrité du système (déterminisme logique et temporel et fiabilité) 10

11 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Quest ce que lOpen source? Libre redistribution: en tant que composant dune distribution pas de droit dauteur. Inclusion du code source: code source doit être accessible sans frais supplémentaires. Intégrité du code source de lutilisateur Pas de discrimination entre les personnes ou les groupes Pas de discrimination entre les domaines dapplications. Distribution systématique de la licence La licence ne doit pas être spécifique à un produit La licence ne doit pas contaminer dautres logiciels 11

12 12 Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Système dexploitation pour lembarqué 1. Introduction des systèmes embarqués 1. Quest ce quun système embarqué 2. Caractéristiques principales 3. Champs dapplication 2. Role des systèmes dexploitation pour lembarqué 3. Les architectures des systèmes dexploitation 1. OS Monolithique 2. OS Multicouches 3. OS Micronoyau 4. OS Machine virtuelle 4. Les normes des systèmes dexploitation 12

13 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Monolithique Simple/ne consomme pas beaucoup de ressources Convient aux «petits systèmes» ou quelques portions de systèmes temps réel complexe OS entièrement en mode privilégié Lapplication utilise un appel système pour accéder aux services de lOS procédure exécutée Gestion de linterruption : optimisée car pas de changement de contexte entier (prioritaire car lordonnanceur est désactivé) Impossible de mettre à jour lapplication «à chaud» (remplacement + reboot) 13

14 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Monolithique Structure de base: Un programme principal qui invoque la procédure du service Un ensemble de procédures de services qui gèrent les appels système Un ensemble de procédure utilitaires auxiliaires des précédentes Vielles version dUNIX (FreeBSD, SOLARIS), DOS. 14

15 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Monolithique (exemple: UNIX) 15

16 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Monolithique : Avantages/inconvénients Avantages De meilleures performances Vite développé … Dernières versions: chargement dynamique (et donc sélectif) des module Inconvénients Extension difficile: Code non modulaire Très complexe Code massif Nid de bugs Peu fiable (un bug redémarrage) Premières versions à chargement statique (400 périphériques supportés) 400 périphériques chargés au démarrage !!!!!!!! 16

17 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Multicouches OS organisé en hiérarchie de couches. Chacune construite sur la base des services offerts par la couche inférieure. Interface et gestion des interruptions similaire à celle des systèmes monolithiques. Meilleure structure et modularité maintenance plus aisée. Configuration plus fine (modularité) meilleure utilisation de la mémoire + performance. 17

18 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Structure de lOS Multicouches Couche 0: Fournit le service de multiprogrammation. Dans la première couche, cétait un ensemble de processus séquentiels indépendant. Couche 1: Allocation de mémoire dans la mémoire principale. Au dessus, les processus ignoraient les emplacements mémoire. Couche 2: Gestion de la communication entre processus et la console opérateur. Dans la couche précédente, chaque processus avait sa propre console opérateur. Couche 3: Périph dE/S et mise en mémoire tampon des flots dE/S. Au dessus, les processus travaillaient sur une couche abstraite. Couche 4: Contient les programmes utilisateur, les notions de processus, mémoire, console leurs sont abstraites. Couche 5: Le processus opérateur (control global du système). 18

19 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Multicouches: Avantages/inconvénients Avantages Facile à étendre (plus structuré) Modèle simple Inconvénients Traverser les différentes couches peut être couteux La multiplication des couches peut ne pas être nécessaire. Performances moins bonnes (monolithique) 19

20 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Micronoyau Déplace plusieurs fonctions de lOS vers des «processus serveur» sexécutant en mode utilisateur Réduction au maximum de la taille du code privilégié. Gérer les communications entre applications et serveurs pour: Renforcer la politique de sécurité Permettre lexécution de fonctions système (accès aux registres dE/S, etc.). Fiabilité augmentée: si un processus serveur «crash», le système continue à fonctionner et il est possible de relancer ce service sans redémarrer. Modèle facilement étendu à des systèmes distribués. Gestion de linterruption: commutation de tâche moins efficace que le modèle monolithique. 20

21 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Micronoyau Le noyau gèrent les communications entre clients et serveurs. Certains services sont impossible à exécuter en mode utilisateur (pilotes de périphériques dE/S): Garder certains processus serveur critiques en mode noyau Garder une partie du mécanisme en mode noyau en laissant le choix des politiques aux serveurs en mode utilisateur. 21

22 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Micronoyau Si le client communique avec le serveur par envoi de message, il lui importe peu que le serveur soit local ou distant, le résultat est le même doù ladaptabilité aux systèmes distribués Exemples: Windows NT, Mach, Chorus, QNX. 22

23 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Micronoyau: Avantages/inconvénients Avantages Extensibilité Minimise le code du noyau Sécurité: Un serveur crash, il sera le seul à redémarrer Fiabilité : Code plus petit moins de bugs Inconvénients Souvent tenté de rajouter des choses dans le noyau (vu quil est petit…) Mauvaises performances Requière beaucoup de prudence lors de la conception 23

24 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Machine virtuelle LOS doit remplir 2 fonctions: Multi programmation moniteur de machine virtuelle Mode privilégié (exécution) Plusieurs processeurs virtuels Services système Un ou plusieurs OS «invités» qui sexécutent sur les processeurs virtuels et fournissent les services système. Le moniteur de machine virtuelle (hyperviseur) intercepte les instructions privilégiées envoyées par lOS invité, les vérifie (politique de sécurité) et les exécute sur lOS invité. Les interruptions sont aussi interceptées par le moniteur de la MV 24

25 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Machine virtuelle 2 types de MV: MV native MV invité Exemple de ce type dOS: XEN, VMWare, IBM VM/

26 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 OS Machine virtuelle: Avantages/inconvénients Avantages Permet lexécution de plusieurs OS sur une seule machine Permet une bonne portabilité des applications Une protection complète (code exécute en mode privilégié complètement géré) Bon environnement de développement (dev système en mode utilisateur…) Inconvénients Gros problème de performances (plusieurs couches) Manque de flexibilité 26

27 27 Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Système dexploitation pour lembarqué 1. Introduction des systèmes embarqués 1. Quest ce quun système embarqué 2. Caractéristiques principales 3. Champs dapplication 2. Role des systèmes dexploitation pour lembarqué 3. Les architectures des systèmes dexploitation 1. OS Monolithique 2. OS Multicouches 3. OS Micronoyau 4. OS Machine virtuelle 4. Les normes des systèmes dexploitation 27

28 Dr. Mohamed Wassim Youssef – Systèmes dexploitation évoluésM1- ISI 2010 Les normes des systèmes dexploitation POSIX (Portable Operating System Interface): standard pour les appels de fonction (API) pour les OS UNIXlike. 4 profils pour le temps réel: PSE51: profile de système temps réel minimaliste : 1 seul processus POSIX pouvant exécuter plusieurs threads POSIX pouvant utiliser le passage de messages POSIX pour communiquer avec dautres systèmes PSE52: profile de système de contrôleur temps réel: PSE51+support pour un système de fichiers + E/S asynchrones PSE53: profile de système temps réel dédié: PSE51+support multiprocessus(+MMU) PSE54: profile de système temps réel polyvalent: englobe les autres profils. Il consiste de POSIX.1, POSIX.1b, POSIX.1c, et/ou POSIX.5b 28


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