Systeme d Exploitation

7/27/2019 Systeme d Exploitation

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Introduction aux systmesdexploitation

Principes et notions

Nicolas Belloir


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Le systme informatique


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Dfinition dun systme informatique

Ensemble des moyens logiciels et matriels fourni un utilisateur partir dun poste de travail

Ouvert / ferm

Mono / multi utilisateur(s)

Administrateur / Utilisateurs


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Description physique dun SI minimal

Unit centrale

Priphriques de :

Traitements

Conservation de linformation

Communication avec lextrieur


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Evolution des SI (1)

Premiers ordinateurs : une machine / un utilisateur

Apparition des mcanismes dentre / sortie(carte/imprimante)Plusieurs utilisateurs

Un seul programme en mme temps

Accroissement de la puissanceGestion des interruptions

Annes 70 : systmes centraliss / terminauxPuissance et mmoire importante

Paralllisme


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Annes 80 : apparition de PC (Personal Computer)

Connexion entre PC et systmes centraliss

Rseaux informatiques externaliss

Fin annes 80 : Station de travailIntermdiaire entre PC et systmes centraliss

Annes 90 : apparition des terminaux X


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Fin annes 90 : Internet, un retour aux systmescentraliss?

Tendance annes 2000 : la miniaturisationOrdinateurs portables

Systmes distribusTlphones portables / PDA

Et aprs ????


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SI : dcoupage en couche

Matriel

Dispositifs physiques

Micro-architecture

Langage machine

Programmes

systmes Systme dexploitation

Compilateurs, Editeurs,Interprteur de commandes

Programmes

dapplication

Systme bancaire, systme derservation, jeu, calculateur


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SI : couche matriel

Dispositifs physiquesPriphriques, circuits intgrs, cables

Micro-architectureLes priphriques sont regroups en units fonctionnelles

Calculs logiques, traitement des registres, chemin de donnes

Langage machineEntre 50 et 300 instructions

Transfert de donnes entre registres, oprations arithmtiques,


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SI : couche systme

Systme dexploitationCouche logicielle cachant la complxit de la couche matriel

Fournit au dveloppeur un jeu dinstructions plis pratiquesFonctionne en mode noyau

Logiciels systmesFournis avec le SE mais diffrent du SE

Diffrence subtile


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Le systme dexploitation


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Systme dexploitation

Dfinition

Ensemble de tous les programmes permettant lutilisateur dusystme informatique dexploiter au mieux les ressources de lamachine de faon cohrente et coordonne dans des conditionsraisonnables de confort

Interface entre les utilisateurs du SI et la machine physique


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Diffrentes catgories de programme desSE

Le noyau : programme de bas niveau Allocation mmoire, gestion des E/S

Les commandes de baseCopie de fichier, listing des rpertoire, cration/destruction desfichiers

UtilitairesInterprteur de commande, diteurs de texte, compilateurs

Les interfaces graphiquesX11, Motif, KDE, Gnome


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Le noyau

Diffrents types de services assursGestion du(des) processeur(s)

Chargement et lancement des programmesGestion de la mmoire (principale et secondaire)

Gestion des entres/sorties (priphriques)

Diffrentes organisations logiciellesMonolithique

Sructuration en couches

Micro-noyaux


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Les principaux SE (1/2)

Unix/Linuxle meilleur compromis : fiable, efficace, souple, portable,volutif, "customizable"

reste (trs) difficile d'accs pour un novice, voire pour uninformaticien

MacOSdsormais peu rpandu car submerg par Windows

ergonomie gniale (prcurseur en la matire), fiable, stable

a dvelopp ses propres standards (y compris pour lehardware)et a perdu le match contre Windows (il lui reste

quelques niches, telles que la photo numrique)


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Les principaux SE (2/2)

Windowsle plus diffus, trs orient utilisateur lambda (configurationautomatique toujours disponible), large gamme d'applicatifs(certains tant dsormais des standards de-facto), prise enmain trs simple

peu fiable mme si des progrs depuis Win2000/XP, scuritinexistante (virus, intrusions trs frquentes)

peu ouvert, impose la plupart des choix technologiques et"enferme" les utilisateurs dans ces choix

stratgie industrielle douteuse sur le plan de l'thique

D'autres systmes rservs aux gros serveursVMS (Digital), GCOS (Bull), MVS et AS400 (IBM),


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Typologies des diffrents SE

Ordinateur individuel

Centre de calcul

Systmes transactionnelsSystmes temps rel


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Ordinateur individuel (1/5)


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Utilisation oriente bureautiqueexploitation de programmes applicatifs

Fonctionnalits implanterinterprteur de commandes

de plus en plus superflu car interface graphique suffisante

interface graphiquela nouvelle gnration dutilisateurs sait-elle quil fut untemps o on en avait pas ?

gestion des entres/sorties

grande varit de dispositifs (et de modes defonctionnement)

nombreux protocoles


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Fonctionnalits implanter (suite)gestion des communications

diffrents protocoles rseaugestion des fichiers

utilitaires

gestionnaire de fichiers, outils dadministration,

environnement de programmation (outils)pour les dveloppeurs de solutions


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Qualits attenduessimplicit d'utilisation (matriel grand public)

ergonomie

procdures dinstallation/configuration automatique

interactivit

temps de rponse acceptables

Problmes simplifisun seul utilisateur la fois

configuration matrielle simple (poste client)

peu d'activits parallles (quelques circuits spcialiss pourgrer certains priphriques)

algorithme dallocation des ressources simplifi


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Solutions retenues

dveloppement de systmes d'exploitation spcifiques mono-utilisateur et mono-tche (MS-DOS, MacOS, ...)

fiabilit mdiocre du fait de l'unicit du mode d'excutiondonc de l'absence de protection du systme

utilisation de systmes d'exploitation plus gnraux, multi-utilisateurs et multitches (UNIX, Windows NT/2000/Me/XP)

meilleure fiabilit (thorique pour Windows car notiondutilisateur bidon sur versions client)

mise en rseau (Intranet ou Internet) trivialerequiert davantage de mmoire centrale (argument peuimportant aujourdhui)


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Centre de calcul (1/6)


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Objectifsoffrir des services communs, qui ne seraient pas

accessibles individuellement, un grand nombredutilisateurs

matriels onreux ou utiliss

occasionnellementsupercalculateurs, tables traantes,

logiciels onreux ou utiliss occasionnellementou ncessitant un environnement dexcution

complexeapplicatifs orients mtiers,


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Objectifs (suite)offrir les possibilits dcoulant d'une communautd'usagers

amortissement de matriel du fait dun grand nombredutilisateurs

licences "volantes"

centralisation de la gestion des contrats de maintenance

offrir une expertise au service des usagers

service de maintenance voire de veille technologique

sminaires de formation au outils

assistance au dveloppement de projets ou prestationde service


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Modes de traitementtraitement par lots / mode diffr / mode batch

non interactif

justification : optimiser l'utilisation du matriel (hritaged'une poque rvolue car les systmes modernes le grentautomatiquement)

temps partag (time sharing)

interactifobjectif : assurer un bon niveau d'interactivit et doncassurer un temps de rponse court aux petits travaux (jobs)

remarque : les systmes modernes sont capables d'assurer

l'interactivit tout en grant des jobs en batch


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Fonctionnalits implantercelles d'un ordinateur individuel

allocation et partage des ressources communesprocesseurs, mmoires, priphriques

gestion des informations communes et des droits d'accs

outils de communication entre usagers

de l'email aux outils de travail collaboratif


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Qualits attenduesprotection des informations des utilisateurs

sauvegardes rgulires, droits d'accs

sret de fonctionnement

disponibilit, fiabilit, scurit

performance

supporter la charge, assurer un bon niveau d'interactivit entoute situation

adquation aux besoins des usagers

coute, ractivit, adaptabilit, bonne stratgie (choix desquipements, adquation au budget, politique court

comme long terme)


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Systmes transactionnels (1/4)


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Objectifsgestion de grandes quantits d'informations

grer les accs d'un grand nombre d'utilisateurs connects

simultanmentnotion de session utilisateur : diagramme d'tats

mode interactif

les utilisateurs sont gnralement en ligne : ncessit d'une

rponse rapidesytme en rseau (Intranet, Internet)

volutivit des outils faible mais fiabilit trs importante

Exemplessystmes d'information bancaires, rservation de billets (SNCF,

AirFrance, ), magasins,


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Qualits attenduesscurit

contrle d'accs aux donnes, prvenir tout acte de piratage

fiabilit des oprationsfiabilit des informations obtenues par les usagers

fiabilit des modifications apportesgarantir tout moment l'intgrit du systme d'information

contrler la validit des modifications demandes

disponibilit

assurer le service, si possible y compris en cas de panne

performance

temps de rponsesupporter la charge, si possible y compris en cas de panne


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Fonctionnalits implanteroutils pour le maintien de l'intgrit de la base de donnes

gestion des utilisateurs enregistrs (ou non) et des droitsd'accs

synchronisation des transactions

procdures de sauvegarde

procdure de reprise sur erreur et sur panne


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Systmes temps rel (1/4)


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Objectifsgestion en temps rel du flux d'informations provenant d'unappareil en fonctionnement

raction aux vnements et ventuellement prise de dcision

Types de missions assurersurveillance, scurit, aide au pilotage

rgulation/contrle de production

archivage d'informations

plus traitements non prioritaires le cas chant

Exemplescentrale nuclaire, unit de fabrication, acirie, gestion de trafficarien, systmes embarqus (avions, TGV, bateaux)


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Qualits attenduesfiabilit

ne pas tomber en panne

donner des informations fiablesexemple : toujours alerter si danger mais ne pas alerter si pasde danger

temps de raction le plus faible possible

contraintes de temps pouvant tre trs svres

Evolutivit faiblecar contrainte souvent orthogonale celle de fiabilit qui dansce cas prime


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Fonctionnalits implantermesures et comandes

informatique industrielle, gestion des entres/sorties

spcifique pour plus d'efficacitgestion des vnements

gestion des priorits, valuation fiable des temps de rponse

politique dcisionnelle claire, rigoureuse et fiable, cohrente

avec la stratgie dcisionnelle de l'entreprise


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Systmes embarqus

ObjectifsGestion de trs petits ordinateurs

Types de missions assurerSimples : pilotages des ressources, fonctions TR, gestion delalimentation

ExemplesPDA OS : Palm Os, Windows CE

Qualits attendues

Faible utilisation des ressources

EvolutivitForte car dynamique importante des marchs


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Historique des SE


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4 gnrations

On distingue gnralement 4 gnrations :1re gnration : 1950-1960

les dbuts de la rvolution technologique

2me gnration : 1958-1968priphriques et traitement par lots

3me gnration : 1960-1970

multiprogrammation et temps partag

4me gnration : 1970-aujourd'huirseaux / systmes rpartis


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1re gnration

Matriel base de tubesencombrant et peu fiable

Mode d'exploitationl'utilisateur crit un programme en langage machineil rserve la machine pour une dure dtermine

il rentre son programme en mmoire " la main"

il l'excutesi excution non conforme ses attentes alors

excution pas pas et modification ventuelle

nouvel essai jusqu' satisfaction ou temps de rservationatteint

Mode d'exploitation totalement inefficace


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2me gnration (1/4)

Amlioration du matrielmmoires tore de ferrite

transistors et circuits imprims

apparition et diversification des priphriques

lecteurs de cartes perfores

imprimantes

supports magntiques (bandes, cartes, )


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2me gnration (2/4)

Mode d'exploitationtravaux groups en lots par un oprateur

chargement de l'utilitaire (compilateur) ncessaire

l'excution d'un lotchargement du lot sur le lecteur de cartes

lancement de l'excution du lot

enchanement des travaux


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2me gnration (3/4)

Premiers systmes d'exploitationinitialisation du systme : bootstrap puis squence cble

moniteur d'enchanement des travaux avec le Job Control

Languagesous-programmes d'entres-sorties

allgement du travail des programmeurs

partager les mmoires secondaires

viter les mauvais usages des priphriquescontrle et gestion des temps d'excution

permet de tuer les programmes trop longs

permet de facturer l'utilisation du systme

protection mmoire pour viter la destruction du systme


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2me gnration (4/4)

Conclusion sur le traitement par lotsamliorations

augmentation du taux d'utilisation du processeur

moins de chargements des utilitaires (compilateurs)diminution des temps d'entres/sorties

simplification de la programmation (plus d'entres/sortiesphysiques programmer)

insuffisances un seul compilateur la fois zone utilisateur restreinte inutilement par le compilateur

processeur inutilis pendant les entres/sorties


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3me gnration (1/5)

Amlioration du matriel processeurs spcialiss d'entres/sorties

accroissement des possibilits des machines et despriphriques

protection mmoire par zones

pagination ou segmentation

sauvegarde et restauration cble des contextes deprocessus

Entres/sorties en mode diffr

tamponnement des E/S

symbionts (spool system)


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3me gnration (2/5)

Multiprogrammationplusieurs activits progressent en parallle

une activit garde le CPU jusqu' laprochaine demande d'E/S

traitement des fins d'E/S du processeurgrce aux interruptions

3 i (3/5)


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3me gnration (3/5)

Conditions pour la multiprogrammationmmoire centrale assez grande pour plus d'un programme

temps d'affectation du processeur une activit faible

Avantagesbonne gestion des ressources (CPU, mmoire, priphriques)

temps de rponse correct pour les travaux courts

Inconvnientscomplexit du matriel et du systme d'exploitationpartage et protection des ressources

3 ti (4/5)


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3me gnration (4/5)

Temps partagobjectif

garantir un bon niveau d'interactivit en assurant unerponse rapide aux travaux courts

mode d'exploitation

travail partir d'un terminal interactif

solutionallocation du processeur aux usagers tour de rle et pourun "quantum" de temps limit

la fin du quantum est signale par une interruption d'horloge

3 ti (5/5)


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3me gnration (5/5)

4 ti (1/2)


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4me gnration (1/2)

Amlioration du matrielapparition des composants haute intgration

1969 : premier microprocesseur

dveloppement des matriels et techniques de transmission dedonnes

Intgration pousse des fonctions de communicationdans les systmes

rseaux d'ordinateurs htrognes faiblement coupls

modle OSI, Internet

rseaux locaux

ordinateurs connects via des liaisons haut dbit1975 : protocole Ethernet

4me gn ation (2/2)


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4me gnration (2/2)

Systmes d'exploitation rpartis pour rseauxd'ordinateurs fortement coupls

Objectifs

disposer en local pour une opration donne de la totalit dela puissance d'un microprocesseur

rechercher une meilleure adquation entre architecturematrielle et application traite

assurer, par l'existence de nombreux processeurs, unemeilleure rsistance aux pannes

partager des ressources distribues

permettre l'accs un priphrique spcial gr par uneautre machine

exemples

serveurs de fichiers, serveurs d'impression, serveurs decalcul


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Structure matrielle dun ordinateur

Composants dun ordinateur simple


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Composants d un ordinateur simple

CPU MmoireContrleur

vidoContrleur

clavierContrleurdisquette

Contrleurdisque

Bus

Le processeur (ou CPU)


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Le processeur (ou CPU)

Cerveau de lordinateur

Extrait les instructions de la mmoire centrale et les

excuteChaque processeur possde un ensemble spcifiquedinstructions excutables

Problmes de compatibilits entre processeurs diffrents

Temps daccs la mmoire bien plus long quelexcution dune instruction

Les CPU possdent des registres de stockage temporaires

La mmoire


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La mmoire

2nd constituant fondamental

Caractristiques importantes : rapidit daccs, capacitet cotAucune technologie ne remplit ces 3 critres

Registres

cache

Mmoire principale

Disque magntique

Bande magntique

1 ns

2 ns

10 ns

10 ns

100 s

Temps daccs type

< 1 Ko

2 Mo

64-1024 Mo

10-120 Go

20-200 Go

Capacit type

Les priphriques


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Les priphriques

Lien entre un priphrique et son contrleur (carte)

Ncessite un driver pour communiquer

Temps daccs long => interrupteurs

CPUContrleur

dinterruptionContrleur

disque

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Composants du systme

Gestion des processus


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Gestion des processus

Unit de traitement du systme

Vu comme un programme en excution

Utilise des ressources alloues par le SEAu dmarrage du processus

Dynamiquement

Doivent tre libres en fin dexcution

Excution squentielle ligne par ligne

Processus utilisateurs et processus systmes

Le systme est responsable des activits


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Cration/suppression des processus

Suspension et reprise du processus (temps partag)

Mcanismes de synchronisation des processus

Mcanismes de communication entre processus

Traitement des interblocages

Gestion de la mmoire centrale


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Gestion de la mmoire centrale

Peut tre vue comme un grand tableau doctets

Chaque octet a une adresse identifie

Accs rapide aux donnesLes entres/sorties en mmoire sont gres par le DMA (Direct

Acces Memory)

Chargement des donnes physiques en mmoire avant leurutilisation

Chargement des instructions des processus avant leur excution

Plusieurs processus en mmoire : amlioration desperformances



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Dterminer les zones mmoires utilises

Choix des processus chargs en mmoire

Allocation et dsallocation de lespace mmoire

Gestion des fichiers


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Gestion des fichiers

Stockage de linformation sur diffrents supportsphysiques

Caractristiques propres, organisation physique propre ...

(vitesse daccs, capacit, mthode daccs)

Vue logique des supports : le fichier

Fichier = ensemble dinformations en relationFormat numrique ou texte

Format (champs, enregistrements) ou texte



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Cration et destruction des fichiers

Cration et destruction des rpertoires

Support de primitives pour la manipulation des fichiers

Correspondance entre fichiers et mmoire de stockage

Sauvegarde des fichiers sur support de stockage stable

Gestion des E/S


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Gestion des E/S

Le but du systme est de cacher les particularits decertains priphriques

Sous Unix :Composant de gestion mmoire

Gestion du tampon

Gestion du cacheSpooling

Interface gnrique de pilotes de priphriques

Interface pour les matriels spcifiques

Exemple de la sortie vide (trou noir) /dev/nullcp * ~/ sauv 2> / dev/ nul l

Gestion du stockage secondaire


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g

Par opposition la mmoire primaire

Mmoire non volatile

Gestion de lespace libre

Allocation de stockage

Programmation des disques

Gestion des rseaux


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Non traite dans ce cours

Systme de protection


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y p

Protection des donnesDroits daccs

Protection de lespace dadressage

Protection de laccs CPU

Systme dinterprtation de commandes


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y p

Interface entre utilisateur et systme dexploitation

Diffrence de convivialit (Unix/Linux Vs Windows)

Accs aux rles du systme dexploitation (cration deprocessus, gestion de la mmoire de stockage

Documents

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