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Exam final (Virtualisation (Virtualisation de la mémoire (Tables des pages…

- - - - déroutement à chaque fois qu’on effectue des opérations affectant ou étant affectée par la configuration du système
    - - émuler E/S, mémoire, etc
    - - 0 instruction sensible dans processus userspace
      - très peu d’instructions sensibles dans le noyau
  - - - DBT : Dynamic Binary Translation
      - laisser les instructions non-sensible telles quelles
      - remplacer les instructions sensibles
  - - - place S.E. niveau utilisateur -> protège l’hyperviseur
      - hyperviseur attrape tous les déroutements
  - - - 1 Processeur
        
        Ordi personnel
      - Plusieurs processeurs
        
        SMP (Symmetric MultiProcessors)
    - - 1 Processeur
        
        Virtualisation
      - Plusieurs processeurs
        
        1 SE par processeur
- - - - utilisation espace disque (perte par fragmentation interne)
      - vitesse de lecture (bouger la tête de lecture en continu sur un bloc est rapide)
    - - Chaînée
        
        Vitesse accès aléatoire
        
        très lent, car doit parcourir la chaîne au complet jusqu’à l’endroit désiré
        
        Lecture données séquentielles
        
        relativement lent, un fichier peut être éparpillé sur le disque
        
        Accroissement des fichiers est plus simple
        
        ajouter des blocs avec nouveaux pointeurs
        
        changer le descripteur de fin
        
        Utilisé pour les systèmes de fichiers simples
        
        clés USB, carte flash
        
        Nécessite une table séparée pour effectuer le chaînage
        
        FAT (File Allocation Table)
      - Indexée
        
        Lecture données séquentielles
        
        relativement lent, un fichier peut être éparpillé sur le disque
        
        Vitesse accès aléatoire
        
        raisonnable
        
        Accroissement des fichiers est plus simple
        
        ajouter des blocs
        
        Structure plus complexe des descripteurs
        
        Liste de blocs
        
        Utiliser une partie des blocs pour enregistrer uniquement des index
      - Contiguë
        
        Lecture données séquentielles
        
        très rapide car tête du disque se déplace peu
        
        Vitesse accès aléatoire
        
        rapide, car on retrouve facilement le bloc contenant chaque octet
        
        Algorithmes pour trous contigus
        
        FF, NF, BF, WF
        
        Structure simple des descripteurs
        
        Offset = adresse%taille
        
        ex: 2100%1024 = 52
        
        BlocID = adresse/taille + BlocIDDébut
        
        ex: 2100/1024 + 7 = 9
        
        Pertinent pour les média non-réinscriptibles
        
        Universal Disk Format (UDF) : CD-ROM, DVD
    - - Index chaînée
        
        Taille de la liste diminue à mesure que le disque se rempli (plus efficace)
        
        Rapide pour allouer un bloc libre (Donner le dernier de la liste)
        
        Demande la maintenance d’une liste
        
        il fait maintenant garder en mémoire les numéros de blocs
        
        Plus de calculs pour trouver des blocs contigus
      - Contiguë chaînée
        
        Rapide pour allouer un bloc libre
        
        Rapide pour trouver des blocs contigus
        
        Taille de la liste diminue à mesure que le disque se rempli (plus efficace)
      - Bitmap
        
        Utiliser un bitmap pour indiquer les blocs libres
        
        1 : bloc libre
        
        0 : bloc utilisé
        
        Numéro de bloc donné par la position dans le bitmap
        
        Demande une allocation continue du bitmap pour fonctionner
        
        Espace mémoire constant pour le bitmap
  - - - lire un bloc de données
      - écrire un bloc de données
  - - - contient l’information sur un fichier
        
        type (fichier ord., répertoire, lien symbolique, etc.)
        
        propriétaire du fichier, groupe
        
        permissions (rwx)
        
        nombre de liens (hard link)
        
        taille fichier
        
        liste des blocs contenant les données du fichier
      - Tous les i-nodes sont placés : en ordre croissant, dans un bloc contiguë + de façon permanente (au formatage)
      - Trouver le BlocID d'une i-node se fait comme avec l'allocation continue
        
        ex: BlocID de l'i-node 4397 si on a 4 i-nodes par bloc et que le premier bloc est 678 ?
        BlocID = 678 + 4397/4 = 1777
        Offset = 4397%4 = 1
        Donc, c'est le bloc 1777 à la position 1
      - Nombre total d’i-node est fixé au formatage + la position de l'i-node 0 sur le disque est connue d'avance
    - - Répertoire = Fichier spécial contenant une liste de fichiers
      - Dans l’i-node du fichier spécial répertoire -> bit S_IFDIR dans st_mode de son i-node à 1
      - pair i-node et nom de fichier
      - Ouverture d’un fichier : open
        
        Traduction entre le chemin d’accès et le numéro d’i-node (ex. /usr/tmp/a.txt donne 22)
        
        Liste des i-nodes ouverts est conserver par processus (liste dans le PCB (Process Control Block))
      - Lire un octet spécifique : seek
        
        Traduction du chemin (/ vers i-node, usr/ vers i-node, ...)
        
        Traduction de l’octet (BlocID et Offset)
    - - Plusieurs i-nodes par bloc
      - Plusieurs blocs sur disque sont réservés pour la liste des métadonnées
      - chaque i-node contient une liste de bloc contenant les données
      - un fichier = métadonnées (i-node) + données
      - i-node (gestion des blocs de données)
        
        les trois derniers blocs sont réservés pour de l’allocation indirecte
        
        Si on a des bloc de 1024 octets, et qu’il faut 4 octets (32 bits) pour encoder un numéro de bloc. Alors 1024/4 = 256 entrées stockable par bloc
        
        L’allocation indirect fonction comme les tables de mémoire multi-niveaux
        
        L’avant dernière valeur du tableau est réservée pour pointer vers un tableau faisant de la redirection vers 256 autres tableaux d’allocation
        direct.
        
        La dernière valeur du tableau de l’i-node pointe vers un tableau de niveau 3.
        
        Le numéro d’i-node va changer SEULEMENT si on le déplace sur
        un autre périphérique / partition. Sinon il reste tjr le même.
        
        Changer de nom de fichier (rename) ou déplacer (mv) est la même chose
    - - superblock (8 ko)
        
        information critique
        
        Nombre d’i-nodes (fixé lors formatage)
        
        Nom du système de fichier
        
        Taille totale du disque (blocs)
        
        Liste des i-nodes libres
        
        Index chaîné
        
        Le superblock contient le maillon de tête
        
        Les maillons subséquents sont dans des blocs de données
        
        Tous les blocs libres doivent être dans cette liste
      - i-nodes
        
        la taille d’un i-node est plus petite que celle d’un bloc (par design). Donc, il y a plusieurs i-nodes par blocs.
      - boot block
        
        OS loader
      - blocs de données
      - Fichiers partagés
        
        hardlink
        
        Différents fichier partageant le même i-node
        
        un fichier peut donc avoir plusieurs noms
        
        ex: ln /usr/a.txt /doc/hln.txt
        
        Un hardlink n’est pas distinguable d’un fichier normal car c’est la même chose.
        
        En console
        
        132347 -rw-rw-r-- 2 etu1 etu1 0 Mar 14 12:55 a.txt
        132347 -rw-rw-r-- 2 etu1 etu1 0 Mar 14 12:55 hln.txt
        
        on remarque le même numéro d'i-node pour les 2 fichiers
        
        Avec: $ls -lai
        
        ne peut pas linker un répertoire (pour éviter les cycles/qui serait le parent « .. »?)
        
        fonctionne même si on déplace un des fichiers
        
        ne peut pas référencer un fichier sur un autre disque/partition
        
        symbolic link
        
        Fichier spécial
        
        accès plus lent, car on doit parcourir ce chemin
        d’accès pour trouver le numéro d’i-node
        
        données : chemin d’accès du fichier pointé
        
        En console
        
        lrwxrwxrwx 1 etu1 etu1 5 Mar 14 12:55 sln.txt -> a.txt
        
        on remarque le " l " au début
        
        $ls -la
        
        peut référencer un fichier sur un autre disque/réseau
        
        peut linker un répertoire (danger! cycle possible…)
        
        si on détruit/déplace le fichier original, le lien devient orphelin
    - - À l’ouverture d’un fichier, une nouvelle entrée est créée dans trois tables
        
        Globales pour tout le système
        
        table global des fichiers ouverts
        
        table des i-nodes en mémoire (si non-ouvert par d’autres processus)
        
        Une par processus
        
        dans le PCB
        
        table des descripteurs de fichiers
      - i-nodes cache
        
        La solution est de garder les résultats en mémoire dans une cache.
        
        On utilise une table de dispersion (table de hachage) avec le nom complet fichier comme clé.
        
        Traduction à l’ouverture demande beaucoup d’accès au disque, ce qui est lent.
        
        Même chose pour les répertoires.
  - - - Permet d’avoir système fichier partagé sur réseau
      - Peut être monté n’importe où dans l’arborescence
    - - Transparent au système d’exploitation… et à l’utilisateur
      - Pour une liste prédéfinie de commandes possibles
        
        interface POSIX
        
        open, read, write, lseek, etc...
      - Créer une interface commune entre tous les systèmes de fichiers
    - - ext3
        
        Chercher à conserver une certaine compatibilité avec ext2
        
        Cache en écriture sur fichiers
        
        écriture sur disque retardée jusqu’à 30 secondes, pour
        améliorer la performance (un write( ) n’est pas obligé de bloquer)
      - ext4
      - ext2
        
        divise le disque en groupes
        
        Offre plus grande robustesse
        
        multiples copies des superblocs
        
        Offre plus grande performance
        
        i-nodes sont plus proches des blocs de données
        
        moins de mouvement de la tête du disque
  - - - encryption
      - compression
      - droits d’accès
      - protection des données
      - conçu pour multi-usager (contrairement à FAT)
      - NTFS est plus résistant aux erreurs que FAT
        
        NTFS conserve un journal des écritures sur disque
        
        NTFS vérifie toutes les écritures sur disque
        
        FAT : conserve deux copies de la table d’allocation
      - Cluster
        
        grand cluster est plus rapide pour l’accès séquentiel
        
        grand cluster donne plus de fragmentation interne
    - - Voir Diapo 89
- - - - Lecture anticipée des blocs
        
        Placer les blocs en cache avant d’en avoir besoin
      - Réduction du mouvement du bras du disque
        
        Placer les blocs d’un fichier séquentiellement sur un même cylindre, près les uns des autres
      - Cache mémoire des blocs (block cache)
        
        Conserver des blocs du disque en RAM
        
        Table de hachage + liste LRU
      - Mémoire tampon (buffer) sur périphérique disque
        
        Géré par le contrôleur du disque
  - - - 7 variables binaires
      - Contrainte : somme des bits dans chaque cercle doit être un nombre pair : parité
  - - - Temps de transfert (transfer time)
        
        temps de lecture et écriture
      - Temps de rotation (rotational delay)
        
        attendre que le secteur passe sous la tête
        
        Le délai moyen est obtenu simplement en calculant le temps un demi tour du disque
      - Temps de recherche (seek time)
        
        déplacer la tête d’un cylindre à l’autre / d'une piste à l'autre
    - - Formatage bas-niveau pour créer les secteurs
    - - On chercher à minimiser les changements de cylindre (temps de recherche)
      - Algorithmes
        
        Premier arrivé-premier servi
        
        Plus proche en premier (Shortest Seek First)
        
        Algorithme de l’ascenseur
        
        bit supplémentaire pour se rappeler la direction (HAUT ou BAS)
        
        Se rappeler la direction prend le plus proche dans la même direction si rien, inverse direction
        
        évite les famines
    - - réaffectation
        
        le secteur est tout simplement déplacé et ça position est gardé dans la mémoire du contrôleur
      - décalage
        
        tous les secteurs sont décalés
      - Niveau de gestion des secteurs défectueux
        
        Par le contrôleur
        
        si lors opération disque, erreurs répétées secteur défectueux est placé dans la G-List
        
        Par le système de fichier
        
        placer le bloc dans la liste des blocs défectueux
        
        Par le fabriquant
        
        P-List : liste des secteurs défectueux à l’usine
  - - - Windows et Unix gèrent les périphériques comme des fichiers
      - Pilotes de périphériques
        
        Uniformisation en 3 types
        
        Blocs (adressable) : disques, CDROM
        
        Réseaux: Ethernet, paquets
        
        Caractères (non adressable): souris, claviers, ...
        
        Connectable à chaud (hot pluggable)
        
        Pilote doit survivre aux débranchements inopinés
        
        SE doit retirer le pilote et ses ressources
        
        Pilote doit être chargé au vol dans le noyau
        
        Interface uniforme pour les pilotes
    - - Noyau
        
        Procédure E/S construit une requête + Suspend
        
        Pilote envoie la commande au périphérique
        
        Fin du transfert
        
        Complète l'opération + Réveil
      - Matériel
        
        Interuption
      - Programme
        
        read() (appel IO)
    - - Pilotes
        
        tournent en mode noyau et s’occupe de parler au matériel
      - Registres du contrôleur
        
        Connaître l’état du périphérique : température, ...
        
        Lire la mémoire tampon du périphérique
        
        Demander au périphérique : livrer des données, recevoir des données, mettre hors-tension, ...
      - SE communique avec contrôleur via des registres situés à l’intérieur du périphérique
        
        Noyau -> Pilote -> Registres -> Contrôleur -> Périphérique
      - Adressage des périphériques
        
        Espace d’adressage projeté avec la mémoire
        
        réservé des section du 32/64 bits normalement utilisé pour la RAM
        
        Memory-mapped I/O (MMOI)
        
        :warning:Perte d’adresses pour accéder à la RAM
        
        :warning:Accès à un jeu d’instructions assembleur plus large
        
        :warning:Périphériques utilisent des adresse physique directement ("Voler" des adresses de la RAM)
        
        Adressage hybride
        
        utilise la mémoire et les ports
        
        le plus commun sur les ordinateurs personnels
        
        :warning:Combine les deux solutions
        
        ports : registres de contrôle
        
        mémoire : cache / tampon
        
        Espace d’adressage distinct
        
        Port-mapped I/O (PMOI)
        
        les numéros de port
        
        :warning:Chaque périphérique correspond à un numéro de port dédié
        
        :warning:Bus de données différent de la mémoire
    - - Erreurs fréquentes pour les périphériques
      - Erreurs particulières à chaque périphérique
      - Erreur programmation appel système
    - - Types gestion du temps
        
        Horloge (clock)
        
        Real-Time Clock (RTC)
        
        Utilise des ports pour la communication (Port-mapped I/O (PMOI))
        
        Incrémente un seul compteur même si le système est fermé
        
        Fiabilité variable
        
        Temporisateur (timer)
        
        Programmable Interval Timer (PIT)
        
        Décrémente un compteur principal et des sous-compteurs
        
        Utilise des ports pour la communication (Port-mapped I/O (PMOI))
        
        Pas très précis
        
        High Precision Event Timer (HPET)
        
        Utilise des adresses mémoire pour la communication
        
        Peut contenir de 3 à 255 comparateurs
        
        Incrémente un compteur principal
        
        Time Stamp Counter (TSC)
        
        Instruction assembleur pour la communication
        
        Un compteur par processeur
        
        Incrémente un compteur depuis un démarrage
      - Tâches périodiques noyau
        
        Maintenir l’heure du système, prendre des statistiques du système, gérer des alarmes programmées par les applications, ...
      - Tâches périodiques utilisateur
        
        Défragmentation, vérification des courriels, ...
      - Horloge de surveillance (watchdog)
        
        Doit régulièrement « faire signe » au watchdog sinon, le watchdog redémarre le système
        
        Circuit électrique ou logiciel qui s’assure qu’un système n’est pas bloqué
  - - - Interruption matériel pouvant être masquée est appelé interrupt request (IRQ)
      - Un périphérique peut déclencher l’exécution de code (routine d’interruption) de manière asynchrone
      - beaucoup de changements de contexte
      - consommer du temps de processeur
    - - fin du transfert signalée par une interruption
      - Direct Memory Access (DMA)
      - matériel extérieur au CPU pour gérer transfert données
      - libère le processeur pour faire du calcul
      - doit verrouiller les page virtuelles pendant le transfert du DMA
    - - copier la mémoire utilisateur vers une mémoire tampon noyau
      - faire de l’attente active en lisant le registre d’état de l’imprimante (pooling)
      - Noyau va lui-même lire/écrire les données
  - - - Processeur + autres périphériques sont arrêtés
      - réveil rapide/
        consomme +
      - RAM toujours alimenté
    - - Couper l’alimentation de l’ordinateur
      - réveil lent/
        consomme -
      - Copier le contenu de la RAM sur disque
  - - - NOR
        
        Vitesse effacement
        
        lent
        
        Adressable
        
        Octet (comme ROM)
        
        Utilisé pour…
        
        BIOS, firmware
      - NAND
        
        Vitesse effacement
        
        plus rapide
        
        Utilisé pour…
        
        Stockage de masse
        
        Adressable
        
        page
    - - SSD
        
        mémoire flash
      - SSHD
        
        mémoire flash combinée avec autre chose
        
        Extrêmement rapide, mais coûte plus chers et pas très populaire.
      - HDD
        
        disque magnétique
    - - Gestion active des pages
        
        déplace les pages sales inutilisées dans un bloc
        
        flash le bloc
        
        cherche des pages sales inutilisées
- - - - eau froide
      - air chaud
- - - - Superscalaire
        
        Architecture classique (Fetch->Decode->Execute)
        
        Une instruction n’a pas besoin de terminer les trois étapes avant que la prochaine instruction entre dans le pipeline
        
        En dupliquant certains composants, tel que l’ALU, il est possible d’avoir plusieurs niveau de traitement (appelé pipelines).
        Fetch->Decode->Execute
        Fetch->Decode->Execute
        Fetch->Decode->Execute
        
        La gestion de quel instruction est envoyé à quel niveau est faite par le processeur directement.
        
        Interruptions précises
        
        4 propriétés
        
        les instructions avant PC sont entièrement exécutées
        
        aucune instruction après PC n’a été exécuté
        
        l’état d’exécution de l’instruction au PC est connu
        
        un seul PC (compteur ordinal) est sauvegardé
      - Hyperthreading
        
        Dupliquer parties du processeur qui contiennent l’état
        
        Du point de vue du SE, il a accès à deux processeurs (2 logiques) lorsqu’en réalité, il n’y en a qu’un (1 physique)
        
        Avec un ordonnanceur connaissant la vrai assignation des CPU logiques vers physique, il est possible de mieux optimiser les ressources
        de calculs.
        
        Parfois préférable de ne pas utiliser
        
        augmente défaut cache, TLB
        
        calcul scientifique intensif
        
        si le SE n’est pas au courant (recommandation Intel)
    - - Multi-coeurs UMA (Uniform Memory Access)
        
        Cette architecture possède un seul bus pour connecter les CPU à la mémoire.
        
        Tous les CPU ont accès à la mémoire partagée (RAM)
        
        La principale limitation de ce type d’architecture et la même que pour les DMA : il y a une forte compétition pour le bus mémoire
        
        L’architecture fonctionne bien pour 2 CPU, mais il commence à y avoir des problèmes à 32, 64, … CPU
        
        Une des façons de limiter le trafic sur le bus mémoire est d’avoir de plus grandes caches locales (L2) par CPU
        
        Mode de communication
        
        RAM
      - Grappe de calcules (computer cluster)
        
        Possèdent un SE par sous-système
        
        Chaque ordinateur est appelé noeud de calculs et reçoit les mêmes tâches à exécuter en parallèl
        
        Exemple d’utilisation : le laboratoire de robotique lance des calcules en parallèle pour évaluer un algorithme de localisation sur plusieurs jeux de données en même temps
        
        Mode de communication
        
        paquet ethernet
      - Grille informatique (grid computer)
        
        Un ensemble de systèmes dépareillés et éparpillés géographiquement visant un objectif commun
        
        Exemple d’utilisation : lors de déploiement de robots sur le terrain, les calculs sont distribués sur les robots mobiles et les laptops de la station de contrôle
        
        Mode de communication
        
        paquet ethernet
  - - - Pareil comme ci-haut mais avec un processeur qui est maître qui s’occupe de distribuer les processus aux autres processeurs
      - Les autres processeurs sont esclaves (ou noeud de calculs)
      - La mémoire est divisée comme dans une architecture avec un seul CPU (La RAM n'est pas séparée)
      - Avantages
        
        partage rapide d’information par la mémoire
        
        balance la charge des CPU esclaves
        
        partage des périphériques
      - Désavantages
        
        le CPU maître devient un goulot d’étranglement
        
        tous les appels systèmes et interruptions passent par le maître
    - - Processeur s’exécute tantôt en mode utilisateur, tantôt en mode noyau
      - Les appels systèmes sont traités localement
      - Tous les processeurs sont égaux (symétriques)
      - Comme tous les processeurs peuvent basculer en mode noyau, il faut protéger les zones critiques du SE pour éviter les situations de concurrence
      - BLK : Big Kernel Lock
      - Protéger section critique
        
        les sections critiques du noyau sont protégées en désactivant les interruptions
        
        plus aucun changement de contexte possible
        
        Voir TSL
    - - Configuration UMA
        
        CPUs connectés sur un bus E/S et à la RAM
      - Un système d’exploitation différent pour chaque processeur
      - L’espace mémoire est divisée de manière statique (RAM séparée également pour chaque SE)
      - Chaque processeur fonctionne indépendamment des autres.
      - Avantages
        
        partage rapide d’information par la mémoire
        
        peut profiter de différents types de SE
        
        Ex : temps réel, GUI, téléphone
        
        partage des périphériques
      - Désavantages
        
        pas de partage des pages mémoires
        
        fichiers mis en cache dans mémoire (difficile d’assurer leur cohérence)
        
        pas de partage du temps processeur (un processeur occupé à 100% ne peut pas répartir sa charge)