Programmation Système - Maîtriser les processus

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre les concepts fondamentaux des processus en programmation système, y compris leur création, gestion et terminaison.
• Maîtriser les mécanismes de multiprogrammation et le partage du temps processeur entre plusieurs processus.
• Apprendre à différencier un programme (statique) d'un processus (dynamique) et à manipuler leurs représentations en mémoire.
• Explorer les rôles du système d'exploitation dans la gestion des processus, y compris la planification et le swapping.
• Acquérir des compétences pratiques pour développer des applications utilisant des processus et des communications inter-processus (IPC).

Public cible

Ce cours s'adresse aux étudiants en informatique, aux développeurs débutants ou intermédiaires, ainsi qu'aux professionnels souhaitant approfondir leurs connaissances en programmation système. Une compréhension de base des systèmes d'exploitation et de la programmation en langage C est recommandée pour tirer pleinement profit de ce module.

Contenu détaillé

La multiprogrammation est une technique essentielle en programmation système, permettant à plusieurs processus de partager les ressources du processeur. Le temps est divisé en intervalles, chacun alloué successivement aux différents processus, créant ainsi l'illusion d'une exécution simultanée. Cette approche optimise l'utilisation des ressources et améliore l'efficacité globale du système.

Un programme est une suite d'instructions statiques conçues pour réaliser un traitement spécifique. En revanche, un processus représente l'exécution dynamique de ce programme. Il incarne l'aspect vivant d'une image mémoire, qui comprend toutes les données et instructions nécessaires à son exécution. Cette distinction entre programme (statique) et processus (dynamique) est fondamentale pour comprendre le fonctionnement des systèmes d'exploitation modernes.

Le système d'exploitation joue un rôle central dans la gestion des processus. Il est responsable du chargement des images mémoire en RAM, de leur exécution par le processeur, et parfois de leur déplacement vers le disque (swapping) pour optimiser l'utilisation des ressources. Ces opérations sont gérées par des algorithmes sophistiqués qui équilibrent performance et stabilité du système.

Les processus communiquent entre eux via des mécanismes IPC (Inter-Process Communication), tels que les tubes (pipes), les files de messages ou la mémoire partagée. Ces techniques permettent une coordination efficace entre applications concurrentes. La compréhension de ces concepts est cruciale pour développer des systèmes complexes et performants.

Enfin, ce cours abordera les problèmes classiques de synchronisation (comme les conditions de course ou les interblocages) et les solutions pour les éviter (sémaphores, mutex). Ces connaissances sont indispensables pour tout développeur travaillant sur des systèmes multi-processus ou multi-threads.

Applications pratiques

Les concepts théoriques seront illustrés par des exercices pratiques en langage C, utilisant les appels système Unix/Linux (fork(), exec(), wait(), etc.). Les apprenants implémenteront des gestionnaires de processus simples, exploreront les mécanismes de communication inter-processus, et analyseront le comportement des processus dans différentes configurations système.