Système d’exploitation : qu’est-ce que c’est ?

En informatique, on parle souvent de système d’exploitation ou en anglais OS pour Operating System.
Mais que recouvrent vraiment ces termes ?
Qu’est-ce que c’est ?
Comment fonctionne un système d’exploitation ?
Existe-t-il des systèmes d’exploitations gratuits ?

Cet article donne dans les grandes lignes la définition d’un système d’exploitation.
Enfin vous trouverez aussi des exemples.

Système d'exploitation : qu'est-ce que c'est ?

Qu’est-ce qu’un système d’exploitation ?

C’est un logiciel ou ensemble de logiciels qui permet de faire fonctionner votre matériel.
Ce matériel peut-être un PC, un smartphone ou un équipement réseau.

Le système d’exploitation se situe entre les applications que vous exécutez et le matériel, en utilisant les pilotes de matériel comme interface entre les deux.
Par exemple, lorsqu’une application souhaite imprimer quelque chose, elle confie cette tâche au système d’exploitation.
Il envoie les instructions à l’imprimante en utilisant les pilotes de l’imprimante pour envoyer les signaux corrects.
L’application qui imprime n’a pas à se soucier de l’imprimante que vous possédez ni à comprendre son fonctionnement.
Le système d’exploitation gère les détails.

Schéma d'un OS ou système d'exploitation
source Wikipedia

Le système d’exploitation gère donc plusieurs tâches en allouant des ressources matérielles à plusieurs programmes en cours d’exécution.
CPU ou cœurs, permettant à plusieurs processus de s’exécuter en parallèle. Il gère également la mémoire interne du système, en allouant de la mémoire entre les applications en cours d’exécution.

Les rôles d’un OS

Pour ce faire, il remplit plusieurs rôles :

  • Permet le fonctionnement du matériel comme votre carte graphique, son, etc
  • Démarrer votre PC pour arriver sur une interface utilisateur
  • Propose donc une interface utilisateur où ce dernier peut effectuer des actions souhaitées
  • L’accès aux fichiers et ressources. Chaque OS à son propre système de fichiers pour enregistrer et lire les fichiers depuis les supports de disque. De même l’OS se charge de gérer les accès aux matériels et éviter les conflits.
  • Donne la possibilité d’installer des applications supplémentaires.
  • Système de vérification et intégrité. Enfin l’OS doit faire en sorte que les applications, matériels fonctionnent en ordre et n’effectue pas d’actions interdites. Par exemple une application ou pilote ne doit pas accéder à des zones de données mémoires d’un autre.

Ainsi un OS permet donc de faire fonctionner votre matériel tout en proposant une interface pour effectuer des actions utilisateurs.
Il régit tout un éco-système entre le matériel et les applications afin que celles-ci fonctionnent sans conflit.

Enfin, un système d’exploitation est évolutif.
En effet, il existe des versions et on peut le mettre à jour sans perdre ses données.

Les composants d’un OS

Il en existe beaucoup sur le marché, les plus connus sont Windows, MacOSX, Android et Linux.
On trouve alors des points communs à ces derniers :

  • Le bootloader ou chargeur d’amorçage. C’est le composant de l’OS qui permet son amorçage.
  • Le noyau ou kernel. C’est le composant principal et critique de l’OS. Il effectue les actions les plus basses comme le dialogue avec le matériel ou les composants du PC (Processeur, mémoire, etc).
  • Un environnement de bureau : c’est un programme dans lequel les différents éléments de l’ordinateur (programmes, fichiers, disques durs) sont présentés graphiquement. L’utilisateur peut ensuite effectuer différentes actions.

Le noyau diffère d’un équipement à l’autre puisque le matériel est différent.
Avec surtout le type de processeur différent.
Ainsi pour Windows sur PC, le noyau est Windows NT.
Alors que le Windows sur Smartphone ou assistant personnel utilise Windows CE.
Ce dernier est compatible avec les processeurs x86, MIPS, ARM38.

Chez Linux, le noyau GNU/Linux.
C’est le même pour tous les équipements simplement il est compilé de manière différente.

Enfin chez Mac, le noyau pour les Mac personnel est MacOS et pour les appareils mobiles iOS.

Les fonctions du système d’exploitation

Le fonctionnement du matériel

Une des fonctions importants de l’OS est de permettre de faire fonctionner le matériel de votre PC.
En effet, ce dernier possède divers composants comme la carte graphique, la carte audio, les cartes réseaux (Ethernet ou Wifi),l’USB, etc.

Pour cela, les constructeurs de matériel créent des applications que l’on nomme pilotes ou drivers en anglais.
Il permet la communication entre le matériel et l’OS.
Ces derniers respectent certains standard et normes établies par l’OS.
Par exemple pour Windows la norme est
Ainsi les pilotes pour Windows ne fonctionne pas sur Linux et inversement.

Enfin l’OS se doit aussi de faciliter l’ajout de matériel.
Ainsi il existe des services de découvertes de nouveaux matériels.
Lorsque l’utilisateur insère un nouveau matériel, l’OS le voit puis propose d’installer le pilote adéquate.
Par exemple sur Windows, c’est la normale Plug And play qui remplit cette fonction.
Enfin sur Linux, c’est le daemon udev.

La détection Plug And Play de l'OS Windows

Interface processus et mémoire

Les applications en cours de fonctionnement ou processus utilisent le processus, la mémoire RAM, des fichiers et des périphériques.

Ainsi l’OS se doit de structurer et vérifier le bon ordre dans les applications en cours de fonctionnement.
Pour cela, l’OS réserve des zones de mémoires où chaque processus peut y stocker ces données.
Il vérifie que les processus n’accèdent pas aux zones de mémoire des autres processus (sauf cas de la mémoire partagée).
Enfin il gère la communication inter-processus.

La mémoire de l’équipement est en général virtualisée par l’OS.
C’est à dire qu’à partir de la mémoire RAM matérielle, l’OS créé des mémoires virtuelles utilisées par les applications.
Ainsi, le fonctionnement de la mémoire d’un OS à l’autre diffère même si là aussi on trouve des points communes.
En général, la mémoire privée du processus, la mémoire virtuelle, la mémoire partagée.
L’article suivant décrit celle de Windows : Mesurer l’utilisation mémoire sur Windows

La mémoire dans l'OS Windows

L’amorçage du PC et le boot

La première fonction d’un OS est de permettre de démarrer votre PC vers l’interface utilisateur.
Ainsi lorsque vous démarrez votre PC, le BIOS de l’ordinateur effectue certaines actions et vérifications puis passent la main aux système d’exploitation.
Ce dernier doit donc respecter certains standard comme MBR (Master boot record) ou UEFI (Unified Extensible Firmware Interface).
Les partitions de disque doivent être structurées de manière à ce que le BIOS puissent trouver les informations de démarrage de l’OS.

Puis l’OS lance les diverses composants et processus à son démarrage propre.
On parle alors du boot de l’OS ou amorçage du système d’exploitation.
Ainsi le démarrage d’un PC en Windows est différent d’un Linux même si on trouve des similitudes.
En effet, en général, l’OS charge très tôt le noyau ou kernel.
Puis lance les services systèmes pour enfin lancer l’interface utilisateur et les applications utilisateurs.
Ainsi il existe différents phases.

Sur Windows, on trouve le bootloader NTDLR (NT LoaDeR) pour Windows XP, remplacé par la suite par BCD (Boot configuration Data).
Chez Linux, on trouve LILO mais surtout GRUB.
Enfin chez Apple, c’est Boot Camp.

Les articles suivants explique le processus de démarrage de Windows :

En clair donc, lorsque vous installez un OS, ce dernier met en place la structure de fichiers qui va bien afin que l’OS puisse booter.

L’interface utilisateur

Enfin une fois l’amorçage terminé, on arrive en général sur une page d’identification.
En effet, l’OS permet de gérer plusieurs utilisateurs protégés par un mot de passe.
Cela permet aussi l’accès et les données.

Enfin une fois identifié, on arrive sur l’interface utilisateur.
Celle-ci peut être en texte, souvent lorsque l’OS plante afin de passer des commandes pour le réparer.
On peut aussi gérer un OS à distance en texte par exemple pour les serveurs.
Mais la plupart du temps il s’agit d’interface graphique.
C’est l’expression du dialogue entre l’utilisateur qui effectue des actions et le matériel de l’ordinateur.

L'environnement de bureau de Windows

On trouve en général des points communs :

  • La gestion du clavier et de la souris qui permet de se balader dans l’interface utilisateur
  • Un menu pour lancer les applications installées
  • La possibilité de basculer d’une application ouverte à l’autre
L'environnement de bureau de l'OS Ubuntu

Le système de fichiers

C’est la structure sur les périphériques de stockage (disque dur, SSD, clé USB, etc) qui permet d’enregistrer puis enregistrer les fichiers et dossiers.

Chaque OS possède son propre systèmes de fichiers.
Par exemple Windows fonctionne en NTFS (New Technology File System) alors que Linux fonctionne en ext4.
Pour plus d’informations, se reporter à cet article complet :

Les applications et logiciels

Enfin le système d’exploitation permet d’installer des applications et logiciels.
Il s’agit d’étendre les possibilités de fonctions de l’OS.
Par exemple en installant une application de montage vidéo ou image.
Ou encore des applications de jeux.

Là aussi pour faciliter les choses, l’OS propose des standard et normes.
Du côté des programmeurs en fournissant des API et services pour communiquer avec ce dernier.
Pour l’utilisateur final afin d’installer l’application dans son OS.
Il s’agit de proposer un package pour placer les fichiers qui vont bien et l’enregistrer aussi de l’OS.
Tout cela à travers une interface d’installation simple.
Enfin l’OS possède des fonctions pour supprimer l’application installées.

Sur Windows, on parle de setup.
Sur Linux, il s’agit de package.
Par exemple sur les distributions de type Debian, on trouve le programme apt pour les gérer : Apt Linux : installer et mise à jour de package et distribution

Les versions du système d’exploitation

Comme tout logiciel, un OS possède une version et ce dernier évolue dans le temps.
Ainsi l’éditeur propose des mises à jour ou nouvelle version.
Celle-ci peut-être payante ou gratuite. Cela dépend de la politique commerciale de ce dernier.

La version du système d'exploitation Windows

Le cycle des mises à jour de l’OS diffère aussi selon la politique de l’éditeur.
Par exemple Microsoft proposait des versions tous les 10 ans environ.
Puis à partir de Windows Vista, tous les deux ans.
Enfin avec Windows 10, il existe deux mises à jour de fonctionnalités par an. Ainsi Windows 10 possède plusieurs versions.
On en parle dans cet article : Les versions de Windows 10.
Enfin pour plus d’informations sur Windows suivre ce dossier.

Avec Linux, même chose, en général, une distribution Linux propose une à deux mises à jour par an.

Une nouvelle version apporte en général :

  • De nouvelles fonctionnalités pour l’utilisateur.
  • Plus de support matériel et notamment pour les nouveaux composants.
  • De nouvelles normes de support matériel. Le matériel informatique évolue, l’OS doit pouvoir faire fonctionner nouvelle norme. Par exemple USB 2.0, USB 3.0.
  • Une optimisation du matériel. Par exemple pour les jeux de nouvelles normes ou optimisation de celle existante.

Ainsi une mise à jour de l’OS apporte aussi une nouvelle version du noyau.
Ce dernier devant être modifié pour être compatible avec les nouvelles normes matériels.

OS gratuits et payants

Il existe beaucoup de système d’exploitation sur le marché.
Toutefois, trois OS se partagent une grande partie du marché : Windows, MacOS/IOS, Android et Linux.

Windows est très présent sur les PC personnel avec MacOSX et Linux ensuite.
Pour les serveurs, c’est plutôt Linux qui devance Windows.
Enfin pour les mobiles, c’est Android.

Android et Linux sont des OS gratuits alors que MacOSX et Windows sont payants.

Les distributions Linux

Enfin Linux possède ses spécificités.
En effet, il s’agit d’une dérivation d’Unix qui a donné naissance à son propre noyaux.
Puis des distribution importantes ont donné naissance à d’autres qui par la suite ont pris de l’importance.

Pour découvrir le monde de Linux, vous pouvez lire notre guide complet.

La différence entre un firmware et un OS ?

Vous avez déjà entendu parlé des firmwares ?
Qu’est-ce que c’est et quelle est la différence avec un OS ?

Un firmware est une application qui effectue des actions très basses.
Il effectue en général des actions définies et assez limitées en nombre.
En général, il se charge dans la mémoire d’un composant matériel.
Par exemple, on parle du firmware d’un SSD.
Mais on trouve aussi les firmware UEFI qui permettent l’amorçage d’un OS.
Comme toute application, il y a une version et on peut mettre à jour le firmware.

En général donc le fichier d’un firmware a une petite taille puisque ses actions sont basiques.
Au contraire, un OS ce sont des centaines et milliers de fichiers et des millions de lignes de codes.
Ce dernier effectuant des actions plus vastes.

Liens

Enfin la page Wikipedia sur les OS est très complète : Fiche Wikipedia sur les systèmes d’exploitation.

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