Chapitre 11 : Système d'exploitation et interface homme machine

Les systèmes d'exploitation

Quand l'utilisateur d'un ordinateur, souhaite lui faire faire une action, il ne s'adresse pas directement à lui, car celui-ci ne comprend que le langage machine. L'utilisateur a recours à un logiciel ou a une interface de commande. Cette interface fait le pont entre l'utilisateur et les composants matériels.

Genèse

Jusqu'aux années 1950, les ordinateurs n'étaient utilisables que par les programmeurs qui interagissaient directement avec le matériel. Les rôles de programmeur et d'opérateur étaient alors confondus. Il n'y avait pas de système d'exploitation.
Puis, dans les années 1960, les premiers systèmes d'exploitation firent leur apparition. Dans un souci d'exploiter au mieux les ordinateurs, la mise en place de fonction d'ordonnancement des tâches et la séparation des rôles de programmeur et d'opérateur en été les premières missions.
Enfin, dans les années 1970, toujours avec l'objectif d'optimiser l'usage des calculateurs, le développement des systèmes d'exploitation s'est accéléré. Ils devaient assurer le partage des ressources matérielles des ordinateurs entre plusieurs programmes fonctionnant simultanément.
Depuis les années 1980, les systèmes d'exploitation se sont sophistiqués, en particulier avec l'essor de la micro-informatique, des interconnexions entre systèmes hétérogènes, d'Internet, et des réseaux locaux.

Définition d'un système d'exploitation

Un ordinateur personnel est capable d'exécuter plusieurs logiciels à la fois pour un utilisateur. Un serveur, en plus de cette faculté, doit être capable d'accepter plusieurs utilisateurs en même temps.
Les ressources matérielles d'un ordinateur doivent donc être partagées entre les différentes applications et utilisateurs qui y accèdent. C'est le système d'exploitation qui permet ce partage.

Un Système d'Exploitation (SE), ou en anglais Operating System (OS), est un ensemble de programmes qui répartissent l'usage des ressources matérielles d'un ordinateur pour les logiciels qui s'y exécutent. Windows, OS-X ou encore Linux sont tous les trois des systèmes d'exploitation.

Les fonctions d'un système d'exploitation

Les fonctions de base d'un système d'exploitation sont d'assurer la gestion des accès :

• au processeur
• à la mémoire
• aux périphériques d'entrée/sortie (clavier, souris, carte réseau, ...)

Les systèmes d'exploitation libres et les systèmes d'exploitation propriétaires

Sur leur ordinateur personnel, les particuliers comme les professionnels utilisent communément Windows et Mac OS et plus marginalement Linux.
Ce dernier a la particularité d'être libre et d'être beaucoup plus utilisé par le monde universitaire et les professionnels de l'informatique.

GNU/Linux est un système d'exploitation libre créé en 1991 par Linus Torvalds

On qualifie un logiciel de libre quand son code est distribué dans le cadre d'une licence qui en autorise la consultation, la modification, et la redistribution, sans contrepartie financière. C'est le cas de Linux et également d'Android sur mobile. L'usage de ces systèmes s'avère sans restriction et gratuit, à l'opposé des systèmes propriétaires. Cette liberté d'usage d'un système d'exploitation libre basé sur Linux a donné lieu à la création de très nombreuses variantes, aussi appelées distributions dont Debian, Ubuntu ou encore Android, tous dérivé de Linux dont ils ont repris le noyau.

Voir l'arborescence de la multitude de distribution Linux sur Wikipédia.

Les matériels mobiles tels que tablette ou smartphone, qui reprennent en plus petit, l'architecture d'un ordinateur classique, sont également doté d'un système d'exploitation. On peut citer Android développé par Google où iOS développé par Apple. Si tous ces systèmes d'exploitation ont la même vocation, certains sont libres tandis que d'autres sont propriétaires.

Les commandes de base

Le système de fichiers

Que ce soit sur les systèmes Linux ou sur Windows, les fichiers sont organisés selon une structure arborescente.

Le dossier tout en haut est le dossier racine (root). Ce dossier a été choisi pour être la base du stockage des fichiers. Sur Linux, la racine est "/" tandis que pour Windows, la racine est "C://".

• /bin contient les commandes de base
• /boot contient l'ensemble des fichiers nécessaire au démarrage de Linux
• /dev pour "device" contient les fichiers nécessaires à la liaison avec les périphériques
• /etc contient un fichier listant les utilisateurs
• /home contient les dossiers personnels des utilisateurs
• etc ...

Le répertoire courant est le répertoire dans lequel on se situe.
Le répertoire père est le répertoire contenant le répertoire courant. Il est atteignable grâce à deux points "../".
Le chemin absolu d'un répertoire ou d'un fichier est son chemin en partant de la racine et montrant l'ensemble des répertoires traversés.
Le chemin relatif d'un répertoire ou d'un fichier est son chemin en partant du répertoire courant.

Le shell

Maintenant que nous connaissons le rôle du système d'exploitation pour un ordinateur, nous allons apprendre à lui passer des ordres. La manière la plus basique est d'employer des commandes en mode texte en utilisant le clavier, plutôt que d'utiliser l'interface graphique prévue par le système d'exploitation et qui utilise essentiellement la souris. Cette façon de procéder est particulièrement utile dans des situations de dysfonctionnement.

Ces commandes textuelles doivent être entrées dans un shell. Il s'agit d'un programme assurant l'interface entre un ordinateur et son utilisateur. Les shells permettent d'accéder à des fonctions plus nombreuses et profondes d'un PC, ce que ne permet pas toujours l'interface graphique. C'est pourquoi, ils sont préféres par de nombreux professionnels de l'informatique et administrateurs système.

Remarque : "Shell" signifie "coquille" en anglais. En effet la coquille est la partie visible pour un utilisateur. C'est via cette coquille qu'il permet d'interagir avec ses fonctions internes.

Historiquement, les systèmes d'exploitation UNIX et Windows ont utilisé des shells différents puisque leurs noyaux sont différents. Il en résulte une différence dans la syntaxe des intructions suivant que l'on soit sur l'un ou l'autre des systèmes d'exploitation. Le shell de Linux est souvent appelé "Terminal". Le shell de Windows, appelé "l'invite de commande", a toujours été plus limités en fonctionnalités que le shell Linux. Windows Powershell est le successeur attendu de l'invite de commande de Windows. Ce nouveau shell a plus de capacité d'action et veut devenir un outil universel pour les administrateurs système quelque soit le système d'exploitation. Il reprend pour cela en partie les commandes du shell de Linux et de Windows.

Jeu Terminus

En 2011, des étudiant·e·s du MIT ont eu l'idée de passer par le biais du jeu vidéo pour apprendre à utiliser les lignes de commande GNU/Linux aux non‐initié(e)s. Trois ans plus tard sortait le jeu Terminus.

Les commandes de base pour manipuler les fichiers

Sous Linux, ces commandes sont écrites dans un langage de script appelé Bash et utilisable dans le Terminal.
Sur les systèmes Windows, le langage de script s'appelle Batch et est utilisable dans l'invite de commande.

Remarque :
1 - Pour reprendre la main dans la console, utilisez la combinaison de touche CTRL + C.
2 - Lorsque vous écrivez une commande, vous avez la possibilité d'appuyer sur la touche TAB afin d'autocompléter la fin de la commande. Cette technique ne fonctionne que lorsqu'il n'y a qu'une seule possibilité pour l'autocomplétion. C'est très pratique. Cela permet d'éviter d'avoir à taper tout le nom d'un fichier par exemple.

xinput --list

setxkbmap -device 3 fr

Le Bash est un langage de script facile d'utilisation et un outils incontournable des administrateurs systèmes Linux car comme les autres langages de script, il permet d'automatiser les tâches. Ses instructions peuvent être associées entre elles et enregistrer dans un fichier texte (extension .sh) pour être exécutées plus tard.

Sous windows, le langage de script Batch offre moins de possibilités mais comme sous Linux, les scripts Batch peuvent être enregistrés dans un fichier texte avec les extensions .bat ou .cmd.

Gestion des droits d'accès aux fichiers

Nous avons vu qu'un système d'exploitation a pour mission, entre autres, de gérer les différents utilisateurs qui se partagent les ressources de l'ordinateur. En particulier, il doit réglementer l'accès aux fichiers de son arborescence afin d'éviter des problèmes. En effet, il n'est pas logique de permettre à un utilisateur de supprimer ou même de modifier les fichiers d'un autre utilisateur. Il n'est pas non plus normal de laisser n'importe quel utilisateur supprimer des répertoires entiers où sont localisés les programmes du système d'exploitation, au risque de provoquer une panne. Nous allons voir comment, sous Linux, ces accès sont gérés.

Organisation des utilisateurs sous Linux

Il existe sous Linux un utilisateur particulier qui dispose de tous les droits. Il s'agit du super utilisateur (SU), aussi appelé root ou encore administrateur. Pour faciliter l'administration des droits accordés à chacun des utilisateurs déclarés dans le système d'exploitation, il est possible d'organiser ces derniers en groupes. Ainsi, au lieu d'accorder de manière individuelle un droit d'accès, il est possible d'attribuer ce droit à tous les membres d'un groupes..

Les droits d'accès

Quel droit peut-on accorder sur un fichier ou un répertoire ? Ils sont au nombre de trois :

• L'accès en lecture repéré par la lettre "r" (read) accorde le droit de lire le contenu de l'élément,
• L'accès en écriture repéré par la lettre "w" (write) accorde le droit de modifier le contenu de l'élément,
• L'accès en exécution repéré par la lettre "x" (execute) accorde le droit d'exécuter le contenu de l'élément si celui-ci contient un code exécutable.

• le propriétaire de l'élément, repéré par la lettre "u" (user),
• le groupe propriétaire rassemblant les utilisateurs auquel est associé l'élément, repéré par la lettre "g" (group)
• tous les autres utilisateurs repéré par la lettre "o" (others). Ceux-ci n'appartiennent donc pas au groupe auquel est associés l'élément, et aucun d'eux n'en est le propriétaire,
• la lettre "a" (all) est également utilisée lors de l'affectation des droits d'accès.

mkdir Julien
echo bla > Julien/fichier_01.txt
echo blabla > Julien/fichier_02.txt
echo blablabla > Julien/fichier_03.txt
        

ls -l

chmod 777 Julien/fichier_01.txt

chmod 741 Julien/fichier_01.txt

chmod g+w Julien/fichier_01.txt

chmod g-w,g+x Julien/fichier_01.txt

chmod a-x Julien/fichier_01.txt

Comme les langages de programmation, le langage de script Bash permet de faire des boucles.

for var in 1 2 3
do
echo $var
done            
        

for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
for j in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
echo $i x $j = $(($i*$j))
done
echo   # Ligne vide
done
          

import os
os.mkdir("tables_multiplications")

for i in range(1, 11):
    # Création de la table de multiplication
    table = ""
    for j in range(1, 11):
        table += str(i) + " x " + str(j) + " = " + str(i*j) + "\n"  # \n correspond à un saut de ligne

    # Enregistrement de la table dans un fichier
    nom_fichier = "table_0" + str(i) + ".txt" if i<10 else "table_" + str(i) + ".txt"
    with open("tables_multiplications/"+nom_fichier, 'w') as f:
        f.write(table)
        

En anglais :

• ordinateur personnel : personal computer (PC)
• Système d'Exploitation (SE) : Operating System (OS)
• logiciel libre : free software
• interface système ou coque logicielle : shell
• racine : root