Introduction à l'Informatique

Le système Unix

Cours 1

La science informatique

Informatique (computer science): ensemble des sciences qui ont pour objet d'étude l'information et les procédés de traîtement automatique de celle-ci.
Quelques exemples de champs d'étude couverts par cette définition :

L'architecture matérielle des machines
Les systèmes d'exploitation
Les réseaux informatiques
Les systèmes de gestion de bases de données
Les langages de programmation
Le génie logiciel
L'algorithmique
La complexité et la calculabilité
La logique
Les interfaces et l'interaction Humains-Machines
…

Système d'exploitation

Quelques systèmes:

Windows XP/NT/2003/7/8/10/11, …
Linux, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, …
MacOS X (basé sur une variante de FreeBSD), …
Unix, AIX, Solaris, HP-UX, …
iOS, Android, …

Programme

Un programme est une suite d'instructions réalisant une certaine tâche sur un ordinateur.

Exemple de programmes :

Le navigateur Web Firefox est un programme
DOTA (jeux vidéo) est un programme
La partie logicielle du système de navigation d'une voiture est un programme
La suite d'instructions qui fait vibrer le téléphone quand on reçoit un message est un programme.

Parfois, un programme est appelé app (diminutif de application), ~~de façon complètement ridicule~~, à des fins de marketing.

Système d'exploitation

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

c'est un programme
qui organise l'accès aux ressources de la machine

Quelles sont les ressources d'une machine?

Processeur (temps d'exécution)
Mémoire
Accès aux périphériques de stockage
Accès aux périphériques d'entrées/sorties
…

Système d'exploitation

Haut niveau	Applications (programmes utilisateurs): navigateur Web, éditeur de texte, anti-virus, jeu, compilateur, …
↓	Système d'exploitation: Gestion des ressources Interface avec le matériel (pilotes)
Bas niveau	Matériel: processeur, mémoire, périphériques, …

Le système Unix

1965	MultICS: Multiplexed Information and Computing Service (Bell & MIT)
1969	Unix: 1^ère version en assembleur (AT&T)
1972-73	Unix réécrit en C
1976	Invention de TCP/IP
1977	Berkeley Software Distribution (BSD)
1985	Unix System V
1988	Minix
1992	Linux

Linux sera le système principalement utilisé en TP d'informatique, du L1 au M2

Unix : architecture

Applications
Interface utilisateur	Services
Noyau (kernel)
	Micro-code
Matériel

Zoom sur le noyau

Applications
	Bibliothèques (`libc`, `DirectX`, `OpenGL`, …)

Appels systèmes

Noyau

pilotes de périphériques ordonnanceur (gestion du temps CPU)
gestionnaire de mémoire système de fichier

Matériel

Le Shell Unix

Interface utilisateur en mode texte
L'utilisateur écrit des commandes dont le résultat est affiché à l'écran
Interface « historique » sous Unix
Expose à l'utilisateur certains concepts Unix (permissions, propriétaires, processus, …)
Ces concepts sont importants pour pouvoir concevoir des programmes (lire et écrire dans des fichiers, effectuer des connexions réseaux, …)

Le Shell Unix

Exemple de session shell:


          $ ls
          Documents   Downloads   Public    Person
          $ cd Documents
          $ ls
          compte_rendu.txt
          $ mv compte_rendu.txt cr.txt
          $ ls
          cr.txt

Système de gestion de fichiers (filesystem)

Organise les données sur le support physique
Protège contre les corruptions de données
Gestion optimale de l'espace disponible
Accès efficace aux données
Abstraction du support physique (Disque optique, mémoire flash, disque réseau, …)
Enregistrement des méta-données (date de création, propriétaire, taille, …)

Le concept de fichier

Un fichier est une collection d'informations numériques réunies sous un même nom et enregistrée sur un support de stockage

Manipulable comme une unité
Selon les systèmes, le nom a plus ou moins d'importance
possède un type

Le concept de fichier

Ne pas confondre:

type du fichier: il influe sur le comportement du système (fichier « normal », répertoire, lien (raccourcis), fichier système, …). C'est une méta-donnée conservée par le système de fichier
type du contenu: le type des données contenues dans le fichier:
- DOS puis Windows: l'extension (les 3 derniers caractères après le « . ») détermine le type de contenu
- MacOS puis OS X/iOS: les premiers octets du fichier déterminent son type
- Premiers octets ou extension, selon les interfaces utilisées

Les attributs d'un fichier

Nom
Propriétaire	utilisateur qui possède ce fichier
Groupe	groupe d'utilisateurs qui possède ce fichier
Emplacement	localisation du fichier sur le support physique
Taille	en octet (peut être la taille réelle ou la taille occupée sur le support)
Permissions	« qui a quel droit » sur le fichier (lecture, écriture, exécution, …)
Type
Dates	dernier accès, dernière modification, création, …

Organisation logique des fichiers

Usuellement, les fichiers sont regroupés en répertoires. Les répertoires sont imbriqués les uns dans les autres de manière a former une arborescence.

Sous Unix il y a un répertoire racine, « / » (slash) qui contient toute l'arborescence du système.
Chaque utilisateur possède aussi un répertoire personnel

Noms de fichiers et chemins

Un chemin est une liste de répertoire à traverser pour atteindre un fichier ou répertoire donné. Sous Unix, le séparateur de chemin est le « / »
Les chemins absolus commencent par un / et dénotent des fichiers à partir de la racine. Exemple: /home/kim/Documents/IntroInfo/cours01.pdf Les chemins relatifs dénotent des fichiers à partir du répertoire courant. Exemple:
Documents/IntroInfo/cours01.pdf si on se trouve dans le répertoire /home/kim

Les noms spéciaux:

. : dénote le répertoire courant
.. : dénote le répertoire parent
~ : dénote le répertoire de l'utilisateur courant
~toto : dénote le répertoire de l'utilisateur toto

Utilisation du Shell

Le shell affiche un invite de commande (prompt). Exemple:

kim@machine $
On peut alors saisir une commande:

kim@machine $ ls *.txt
Le shell affiche la sortie de la commande:

fichier1.txt fichier2.txt
Certains caractères doivent être précédés d'un « \ » (échappés):

kim@machine $ ls mon\ fichier\#1.txt

La ligne de commande

Une ligne de commande a la forme :
prog item1 item2 item3 item4 …

Si prog est un chemin il doit dénoter un fichier exécutable
Si prog est un simple nom, il doit dénoter un fichier exécutable se trouvant dans un des répertoires prédéfinis (/bin, /usr/bin, …)
Pour chaque item_i (séparés par un ou plusieurs espaces non échappés) le shell fait une expansion de nom
La liste de toutes les chaînes de caractères expansées est passée comme argument au programme prog

Expansion des noms / Motifs glob

Certains caractères sont interprétés de manière spéciale par le shell. Ces caractères sont « expansés » selon des règles. Si la forme expansée correspond a un ou plusieurs fichiers existants, alors leurs noms sont placés sur la ligne de commande. Sinon la chaîne de caractère de départ garde sa valeur textuelle.

Motifs glob

Règles d'expansion: * n'importe quelle chaîne
? n'importe quel caractère
[ab12…] un caractère dans la liste
[^ab12…] un caractère absent de liste
[a-z] un caractère dans l'intervalle
[^a-z] un caractère absent de l'intervalle

?(m₁|…|m_n)

@(m₁|…|m_n)

*(m₁|…|m_n)

+(m₁|…|m_n)

k motifs parmi les m_i :

? : 0 ≤ k ≤ 1
@ : k = 1
* : k ≥ 0
+ : k ≥ 1

!(m₁|…|m_n): ni m₁, …, ni m_n

Motifs glob : exemples

On suppose que le répertoire courant contient les fichiers : ficher1.txt fichier2.txt PERSO.txt une_image.jpeg

ls *.txt ficher1.txt fichier2.txt PERSO.txt (n'importe quel nom qui termine par .txt)
ls *[0-9]* ficher1.txt fichier2.txt (n'importe quel nom de fichier qui contient un chifffre)
ls [a-z]* ficher1.txt fichier2.txt une_image.jpeg (n'importe quel nom de fichier qui commence par une minuscule)

Motifs glob : exemples avancés

On suppose que le répertoire courant contient les fichiers : ficher1.txt fichier2.txt PERSO.txt une_image.jpeg

ls *([a-z]) ls: cannot access '*([a-z])': No such file or directory (tous les noms contenant uniquement des minuscules. Il n'y en a pas, donc le shell pass literalement le nom de fichier *([a-z]) en argument à la commande ls qui affiche un message d'erreur.)
ls +([^A-Z]).+([a-z]) ficher1.txt fichier2.txt une_image.jpeg (tous les noms contenant un point et tel qu'avant le point il y a une suite de caractères non vide dont aucun n'est une majuscule et après le point il y a une suite non vide de minuscules)

Commandes shell de base

cd chemin : chemin devient le répertoire courant. Si absent, utilise le répertoire personnel
ls chemin₁ … chemin_n : affiche le nom des n fichiers. Si n=0 affiche le contenu du répertoire courant. Avec l'option -l affiche la liste détaillée.
cp chemin₁ chemin₂ : copie de fichier
mv chemin₁ chemin₂ : déplacement de fichier (et renommage)
rm chemin₁ … chemin_n : supprime les fichiers (définitif)
mkdir nom : crée le répertoire nom
mkdir -p chemin : crée le répertoire dénoté par le chemin ainsi que tous les répertoires intermédiaires.

Droits et propriétés des fichiers

Sous Unix un utilisateur est identifié par son login (ou nom d'utilisateur). Chaque utilisateur est dans un groupe principal.

Au SIF (Service Informatique des Formations, bât. 336) :

Votre login Unix est de la forme prenom.nom (le même que votre adresse email sans le @universite-paris-saclay.fr, avec le même mot de passe).
Il existe aussi un alias plus court (généralement première lettre du prénom, partie du nom de famille puis un chiffre). Cela permet de taper :
gdehom7
plutôt que
guillaume-emmanuel.de-homem-christo
avant de commencer son TP (cf. feuille de TP pour récupérer son login court).

Droits et propriétés des fichiers (suite)

Chaque fichier appartient à un utilisateur et à un groupe.
Chaque fichier possède 3 permissions pour son propriétaire, son groupe et tous les autres. Les permissions sont lecture, écriture, exécution (plus d'autres non abordées dans ce cours).

Permission	fichier	répertoire
lecture (r)	lire le contenu du fichier	lister le contenu du répertoire
écriture (w)	écrire dans le fichier	supprimer/renommer/créer des fichiers dans le répertoire
exécution (x)	exécuter le fichier (si c'est un programme)	rentrer dans le répertoire

$ ls -l
drwxr-x---  9 kim prof 4096 Sep  7 21:31 Documents

La commande chmod


   chmod permissions chemin₁ … chemin_n

modifie les permissions des fichiers 1 à n. La chaîne permissions est soit une suite de modifications de permissions symbolique soit l'ensemble des permissions données de manière numérique:
chmod 755 fichier.txt chmod u-w,a+x,g=w fichier.txt

Permissions numériques

On groupe les bits de permissions par trois puis on convertit en décimal:

Utilisateur			Groupe			Autres
r	w	x	r	w	x	r	w	x
1	1	0	1	0	0	0	0	0
6			4			0

Dans cet exemple 110₂ (lu en base 2) fait 6 en base 10, 100₂ fait 4 et 000₂ fait 0.
Rappel : 110₂ = 1×2² + 1×2¹ + 0×2⁰ = 6
Le fichier est lisible et modifiable mais pas exécutable par son propriétaire, lisible pour le groupe. Les autres ne peuvent ni le lire ni le modifier.

Permissions symboliques


       cible modifieur permission

cible : u (utilisateur), g (groupe), o (others), a (all)
modifieur : + (autorise), - (interdit), = (laisse inchangé)
permission : r (lecture), w (écriture), x (exécution)

Exemple:
chmod u+rw,u-x,g+r,g-wx,o-rwx fichier.txt

Liens symboliques (1)

Pour des raisons d'organisation, on veut pouvoir « voir » le même fichier ou répertoire sous deux noms différents (ou à deux endroits différents). Par exemple:

 $  ls -l Documents/Cours
 total 8
 drwxr-xr-x 3 kim prof 4096 Sep  9 11:30 Licence
 drwxr-xr-x 3 kim prof 4096 Sep  9 11:30 Master

 $  cd Documents/Cours/Master; ls
  Compilation    LangagesDynamiques

 $  cd LangagesDynamiques; ls
 cours01 cours02  cours03 cours04 cours05  cours06   Prereq  

 $ ls -l Prereq
 lrwxrwxrwx 1 kim prof 28 Sep  9 11:30 Prereq -> ../../Licence/IntroInfo/

Liens symboliques (2)

La commande ln permet de créer des liens symboliques. Un lien est un petit fichier qui contient un chemin vers un fichier de destination.

Exemple d'utilisation

    $ ln -s ../foo/bar/baz/toto.txt rep/titi.txt

crée un lien vers le fichier toto.txt sous le nom titi.txt (chacun placé dans des sous/sur répertoires)

Ouvrir/modifier le lien ⇒ ouvre/modifie la cible
Supprimer le lien ⇒ supprime le lien mais pas la cible
Si la cible est un répertoire, faire cd nous place « dans » la cible, mais le répertoire parent est celui d'où l'on vient

Cela permet de créer l'illusion que la cible a été copiée à l'identique, sans les inconvénients
Sous Windows : les liens s'appellent des « raccourcis »

À propos de la suppression

La commande rm fichier efface un fichier définitivement
La commande rm -d rep efface un répertoire s'il est vide
La commande rm -r rep efface un répertoire récursivement mais demande confirmation avant d'effacer des éléments
La commande rm -rf rep efface un répertoire récursivement et sans confirmation

Toute suppression est définitive

Gag classique :

    $  mkdir \~
    ...
    $ ls
      Documents  Photos  Musique   ~
    $ rm -rf ~
      ☠ ☠ ☠ ☠ ☠ ☠

Obtenir de l'aide sur une commande

La commande man permet d'obtenir de l'aide sur une commande. Lors qu'une page d'aide est affichée, on peut la faire défiler avec les touches du clavier, la quitter avec « q » et rechercher un mot avec la touche « / »


LS(1L)            Manuel de l'utilisateur Linux            LS(1L)
NOM
       ls, dir, vdir - Afficher le contenu d'un répertoire.
SYNOPSIS
       ls [options] [fichier...]
       Options POSIX : [-1acdilqrtuCFR]
       Options  GNU  (forme courte) : [-1abcdfgiklmnopqrstuxABCD
       FGLNQRSUX] [-w cols] [-T cols]  [-I  motif]  [--full-time]
       [--format={long,verbose,commas,across,vertical,single-col
       umn}]                  [--sort={none,time,size,extension}]
       [--time={atime,access,use,ctime,status}]
       [--color[={none,auto,always}]] [--help] [--version] [--]
DESCRIPTION
       La commande ls affiche  tout  d'abord  l'ensemble  de  ses
       arguments  fichiers  autres  que  des répertoires. Puis ls
       affiche  l'ensemble  des  fichiers  contenus  dans  chaque
       répertoire  indiqué.   dir et vdir sont des versions de ls
       affichant par défaut leurs résultats  avec  d'autres  for
       mats.

Recherche de fichiers

La commande find rep critères permet de trouver tous les fichiers se trouvant dans le répertoire rep (ou un sous répertoire) et répondant à certains critères. Exemples de critères :

-name '*toto*' dont le nom contient toto
-iname '*toto*' pareil, mais insensible à la casse
-size +200M dont la taille sur le disque est supérieure à 200 Mo
c₁ -a c₂ pour lesquels les critères c₁ et c₂ sont vrais
c₁ -o c₂ pour les-quel l'un au moins des critères c₁ et c₂ est vrais
-user toto qui appartiennent à l'utilisateur toto
-exec cmd {} \; pour exécuter cmd sur chaque fichié trouvé. La chaîne {} est remplacée par le nom de fichier et \; sert à marquer la fin de commande.

Comment trouver toutes les options de la commande find ? man find

Recherche de fichiers (exemples)

Trouver tous les fichiers (dans un sous-répertoire) du répertoire courant dont le nom se finit par .jpg et dont la taille est supérieure à 1 Mo

find . -name '*.jpg' -a -size +1M

Trouver tous les fichiers (dans un sous-répertoire) du répertoire courant dont le nom se finit par .mpg (sans tenir compte de la casse) et dont la taille est supérieure à 10 Mo, et rajouter l'extension .bak à ces fichiers

find . -iname '*.mpg' -a -size +10M -exec mv {} {}.bak \;

Quelques commandes utiles

cat fichier : permet d'afficher le contenu d'un fichier dans le terminal
less fichier : permet de lire le contenu d'un fichier (avec défilement en utilisant les flèches du clavier si le fichier est trop grand)
sort fichier : permet d'afficher les lignes d'un fichier triées (on peut spécifier des options de tri)
file fichier : permet de connaître le type d'un fichier
wc fichier : permet de compter le nombre de caractères/mots/lignes d'un fichier
head fichier : permet de garder les n premières lignes d'un fichier

On verra comment composer ces commandes pour exécuter des opérations complexes

Introduction à l'Informatique

Le système Unix

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La science informatique

Principes des systèmes d'exploitation

Système d'exploitation

Programme

Système d'exploitation

Système d'exploitation

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Unix : architecture

Zoom sur le noyau

Le Shell Unix

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Système de gestion de fichiers

Système de gestion de fichiers (filesystem)

Le concept de fichier

Le concept de fichier

Les attributs d'un fichier

Organisation logique des fichiers

Noms de fichiers et chemins

Utilisation du Shell

La ligne de commande

Expansion des noms / Motifs glob

Motifs glob

Motifs glob : exemples

Motifs glob : exemples avancés

Commandes shell de base

Droits et propriétés des fichiers

Droits et propriétés des fichiers (suite)

La commande chmod

Permissions numériques

Permissions symboliques

Liens symboliques (1)

Liens symboliques (2)

À propos de la suppression

Obtenir de l'aide sur une commande

Recherche de fichiers

Recherche de fichiers (exemples)

Quelques commandes utiles