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

Un utilisateur interagit avec un système d’exploitation sur une interface utilisateur (UI), qui émet des commandes dans un langage que le système d’exploitation peut comprendre. L’interface utilisateur peut être une interface utilisateur graphique (GUI) ou une interface de ligne de commande (CLI). Des milliards de personnes s’appuient sur les systèmes d’exploitation comme système de gestion sous-jacent pour des tâches telles que l’envoi d’e-mails, la navigation sur Internet, les jeux vidéo et bien plus encore.

Tous les systèmes informatiques, des mainframes aux ordinateurs de bureau en passant par les appareils mobiles, ont besoin d’au moins un système d’exploitation pour effectuer des tâches, exécuter des applications et interagir avec le matériel.

Selon un rapport de Statista, Microsoft Windows est le système d’exploitation le plus utilisé dans le monde. Il représente 67 % du marché des systèmes d’exploitation pour ordinateurs de bureau, tablettes et consoles.¹ Le macOS d’Apple se classe au deuxième rang dans cette catégorie.

Android est en tête avec une part de marché d’environ 72,04 % dans la catégorie des systèmes d’exploitation mobile, tandis que l’iOS d’Apple occupe la deuxième place avec 27,49 %²

Dans le monde des logiciels open source, Linux est le plus populaire. Il est plébiscité par les organisations et les particuliers pour sa flexibilité et sa sécurité.

L’histoire du système d’exploitation (OS) a commencé avec les premiers ordinateurs qui nécessitaient un logiciel système personnalisé pour la gestion des tâches. Initialement simples et orientés traitement par lots, les systèmes d’exploitation ont évolué pour prendre en charge, grâce aux progrès du matériel et des logiciels, le multitâche et les interfaces interactives.

L’invention du circuit intégré (IC) dans les années 1950 a donné naissance aux micropuces, qui ont augmenté la puissance de traitement et réduit la taille de l’ordinateur, permettant ainsi des tâches plus complexes. En 1964, IBM a lancé l’OS/360, qui s’appuyait sur le langage de programmation assembleur, pour son IBM System/360. L’OS/360 normalisait les logiciels sur l’ensemble de ses mainframes, influençant ainsi les futures conceptions de systèmes d’exploitation. De plus, l’OS/360 a été le premier système d’exploitation multiprogrammation, capable d’exécuter de nombreux programmes simultanément sur un seul processeur.

Au fil du temps, l’OS/360 a évolué vers z/OS, le système d’exploitation moderne pour les mainframes IBM. (Les mainframes IBM Z actuels fonctionnent également sous Linux et z/TPF, avec plusieurs systèmes d’exploitation fonctionnant souvent sur un seul mainframe.)

Le développement du système d’exploitation à temps partagé Unix dans les années 1960 et 1970 a créé des précédent importants pour les systèmes d’exploitation modernes en introduisant des concepts tels que le multitâche, la portabilité et un système hiérarchique de fichiers, qui sont à la base des systèmes d’aujourd’hui.

À la fin des années 1980 et dans les années 1990, des processeurs graphiques (GPU) sont développés et mis sur le marché pour gérer le traitement graphique. À mesure que les GPU ont évolué pour prendre en charge des calculs à usage général, en particulier dans les années 2000, des entreprises comme Apple et Microsoft ont commencé à les intégrer plus profondément dans leurs systèmes d’exploitation. Aujourd’hui, les GPU sont une fonctionnalité standard de la plupart des systèmes informatiques. Ils assurent le fonctionnement d’applications aussi diverses que les jeux, le multimédia, l’informatique scientifique et le machine learning (ML).

Des innovations telles que la virtualisation et la conteneurisation sont apparues à mesure que le besoin d’une efficacité et d’une évolutivité accrues augmentait, en particulier dans le domaine du cloud computing. La virtualisation permet à plusieurs machines virtuelles (VM) de s’exécuter sur une seule machine physique. Un hyperviseur gère ces machines virtuelles. Il agit comme un système d’exploitation léger, notamment en assurant la gestion des ressources et l’allocation de mémoire sans avoir besoin d’un système d’exploitation complet. VMware est considéré comme le leader du marché de la virtualisation et des hyperviseurs.

La conteneurisation s’appuie sur la virtualisation en offrant une approche plus légère de l’exécution d’applications isolées. Contrairement aux machines virtuelles, les conteneurs n’incluent pas de copie complète du système d’exploitation. Au lieu de cela, le moteur d’exécution des conteneurs (par exemple, Docker) est installé sur le système d’exploitation du système hôte, faisant office d’interface sur laquelle tous les conteneurs partagent le même système d’exploitation. Cette capacité permet aux conteneurs de virtualiser le système d’exploitation, grâce à quoi les applications et leurs dépendances peuvent s’exécuter indépendamment sur un seul système d’exploitation, ce qui améliore l’efficacité des ressources.

Dans les contextes d’utilisateur unique et d’entreprise, un système d’exploitation (OS) gère et coordonne le matériel et les logiciels. Il fournit ainsi un environnement où les utilisateurs peuvent interagir efficacement. Dans un environnement d’entreprise, le système d’exploitation permet l’exécution d’opérations à plus grande échelle afin de prendre en charge de multiples utilisateurs, processus et services au sein d’une organisation, notamment les suivants :

• Gestion des processus : un système d’exploitation gère l’exécution de plusieurs processus et unités d’exécution, notamment des tâches telles que la planification, la synchronisation et la communication entre les processus. Les applications utilisateur interagissent avec le système d’exploitation au moyen d’appels système pour créer, gérer et terminer des processus et faciliter la communication entre processus. Par exemple, dans la gestion des processus métier (BPM) centrés sur l’intégration, le système d’exploitation joue un rôle clé en assurant une interaction fluide entre les différents systèmes logiciels. Lorsque des équipes informatiques ou des opérateurs système intègrent un système CRM à d’autres applications d’entreprise, le système d’exploitation gère les API, attribue des ressources et sécurise le flux de données, ce qui permet l’automatisation des processus avec une intervention humaine minimale.

• Gestion de la mémoire : le système d’exploitation attribue et contrôle la mémoire de l’ordinateur. Il garantit que les programmes disposent de ressources suffisantes pour s’exécuter sans interférer avec les autres. Il gère efficacement la mémoire primaire (RAM) et le stockage auxiliaire (disques durs, solid state drives), en utilisant la pagination et le swapping pour déplacer les données entre eux selon les besoins.

• Gestion des systèmes de fichiers :le système d’exploitation organise et récupère les fichiers, gère les répertoires, les noms de fichiers et les autorisations. Il garantit l’intégrité des données grâce à des mécanismes tels que la validation des données, les sommes de contrôle et les codes de correction des erreurs.

• Gestion des périphériques : le système d’exploitation gère les périphériques d’entrée/sortie (E/S) (par exemple, les claviers, les lecteurs de disque, les imprimantes et les moniteurs), et fournit une interface qui permet aux logiciels d’interagir avec les composants matériels. Dans un environnement virtuel, cela inclut les machines virtuelles, les commutateurs virtuels, etc.

• Sécurité et contrôle des accès : le système d’exploitation applique des protocoles de sécurité, notamment l’authentification, le chiffrement et la définition des autorisations utilisateur. Il garantit ainsi que seules les personnes autorisées ont accès aux ressources informatiques.

• Mise en réseau : le système d’exploitation gère la mise en réseau. Il permet ainsi la communication entre ordinateurs par l’intermédiaire des LAN ou de l’Internet et gère les protocoles tels que TCP/IP.

• Détection et traitement des erreurs : le système d’exploitation surveille les erreurs logicielles et matérielles et fournit des mécanismes de signalement et de récupération à partir de celles-ci.

• Attribution des ressources : le système d’exploitation attribue efficacement des ressources telles que le temps des unités centrales de traitement (CPU), la mémoire et les périphériques d’E/S pour des performances optimales du système.

• Contrôle des performances du système : le système d’exploitation fait le suivi des performances du système (utilisation de la mémoire, processus en cours, journaux du système, etc.) et ajuste les processus et les ressources pour améliorer l’efficacité.

Un système d’exploitation se compose de plusieurs composants essentiels, qui assurent ensemble la fonctionnalité et l’efficacité du système :

• Noyau

• Planificateur de processus

• Gestionnaire de mémoire

• Gestionnaire d’entrée/sortie

• Gestionnaire du système de fichiers

• Interface utilisateur

Les systèmes d’exploitation peuvent être classés en plusieurs types en fonction de leurs caractéristiques, de leurs fonctionnalités et de leur compatibilité avec différentes applications matérielles et logicielles. En voici quelques exemples :

• Systèmes d’exploitation intégrés

• Systèmes d’exploitation distribués

• Systèmes d’exploitation en temps réel

• Systèmes d’exploitation de réseau

• Systèmes d’exploitation de cluster

Un système d’exploitation intégré est conçu pour gérer les ressources matérielles d’appareils spécialisés tels que les smartphones, les systèmes automobiles et les appareils électroménagers. Contrairement aux systèmes d’exploitation à usage général, les systèmes d’exploitation intégrés sont optimisés pour la performance, l’efficacité et la fiabilité dans les environnements dont les ressources sont limitées. Ils sont généralement légers, avec un minimum d’interfaces utilisateur, et ils sont conçus pour exécuter des applications spécifiques en continu ou en temps réel.

Un système d’exploitation distribué coordonne plusieurs ordinateurs indépendants pour fonctionner comme un système unifié. Il permet de partager des ressources provenant de différentes machines et fournit ainsi une interface unique et transparente aux utilisateurs et aux programmes d’application. Le système d’exploitation gère la communication, le partage des données et la synchronisation des tâches sur les différents nœuds. Les utilisateurs peuvent ainsi interagir avec le système sans se soucier de la distribution physique des ressources.

Google File System (GFS), par exemple, fait partie de l’architecture des systèmes distribués de Google, qui permet de distribuer les données sur de nombreux serveurs et d’assurer une disponibilité et une tolérance aux pannes élevées.

Un système d’exploitation en temps réel (RTOS) est conçu pour gérer des tâches urgentes avec des contraintes de temps précises. Dans un RTOS, le système veille à ce que les processus critiques soient terminés dans un délai précis, ce qui garantit la prévisibilité et la stabilité.

Ces systèmes d’exploitation sont utilisés dans des applications telles que l’automatisation industrielle, la robotique et les dispositifs médicaux, qui dépendent de systèmes de contrôle où les retards et les pannes peuvent avoir de graves conséquences. Les systèmes d’exploitation en temps réel tels que VxWorks sont couramment utilisés dans les systèmes embarqués pour les applications aérospatiales et de défense, où les réponses en temps réel sont cruciales pour la sécurité et les performances.

Un système d’exploitation de réseau (NOS) est un logiciel qui gère et coordonne les ressources matérielles et logicielles de plusieurs ordinateurs connectés dans un réseau. Il permet la communication entre les appareils, le partage de fichiers et la gestion des ressources sur l’ensemble du réseau.

Un NOS comprend généralement des fonctionnalités telles que la sécurité réseau, l’authentification des utilisateurs et l’administration centralisée, ce qui permet aux administrateurs système de contrôler l’accès et de configurer les paramètres sur tous les appareils connectés. Parmi les systèmes d’exploitation de réseau, citons Microsoft Windows Server, Cisco IOS et macOS Server.

Un système d’exploitation de cluster gère un groupe d’ordinateurs interconnectés (nœuds) qui fonctionnent ensemble pour effectuer des tâches comme un système unique. Ces systèmes sont généralement utilisés dans des environnements de calculs à hautes performances (HPC) (par exemple, l’hébergement web, la recherche scientifique) et fournissent l’équilibrage de charge, la tolérance aux pannes et le partage des ressources entre les nœuds. Les systèmes d’exploitation de cluster permettent aux utilisateurs de dimensionner la puissance de calcul en combinant plusieurs machines, ce qui améliore la fiabilité et la performance globale du système.

Il existe des centaines de systèmes d’exploitation, qui ont été conçus à diverses fins, des ordinateurs personnels aux appareils mobiles, en passant par les environnements d’entreprise et cloud. Voici quelques-uns des plus répandus :

• Linux

• MacOS

• iOS

• Android

Linux est un système d’exploitation open source largement utilisé pour les ordinateurs de bureau, les serveurs et les systèmes embarqués. Il est particulièrement apprécié pour la gestion des serveurs, l’infrastructure cloud et le développement de logiciels.

Les grandes versions d’entreprise telles que Red Hat Enterprise Linux (RHEL) et SUSE Linux Enterprise Server (SLES) sont couramment utilisées dans les environnements professionnels en raison de leur stabilité et de la prise en charge dont ils bénéficient.

De plus, il existe de nombreuses distributions Linux adaptées à différents cas d’utilisation, notamment Ubuntu, Fedora et Debian. Ces distributions rendent Linux très polyvalent et adapté à l’utilisation d’ordinateurs personnels, au développement et aux applications spécialisées.

Microsoft Windows est l’un des systèmes d’exploitation les plus utilisés dans le monde pour un usage personnel et professionnel. Réputé pour son interface conviviale et sa polyvalence, il prend en charge diverses applications logicielles, des outils de productivité tels que Microsoft Office aux programmes spécialisés de jeu, d’ingénierie et de conception.

MacOS (anciennement OS X) est un système d’exploitation propriétaire de type Unix conçu pour fonctionner sur les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables et les stations de travail d’Apple (par exemple, iMac, MacBook, MacBook Pro). MacOS est particulièrement populaire auprès des professionnels dans les secteurs créatifs, car il excelle dans des domaines tels que le graphisme, le montage vidéo, la production musicale et le développement de logiciels.

Apple iOS est un système d’exploitation mobile propriétaire qui s’exécute sur les appareils mobiles Apple tels que les iPhones et les iPad.

Développé par Google, Android est un système d’exploitation mobile open source largement utilisé dans les smartphones personnels et professionnels.

Le marché des systèmes d’exploitation basés sur l’IA est sur le point de connaître une croissance significative. Une étude de Knowledge Sourcing Intelligence prévoit une hausse de 12,496 milliards de dollars américains en 2024 à 29,297 milliards de dollars américains en 2029, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 18,58 %.³

Dans les environnements d’entreprise, les systèmes d’exploitation alimentés par l’IA tirent parti du machine learning et de l’automatisation pour prédire les comportements des utilisateurs, optimiser l’attribution des ressources et s’adapter en temps réel à l’évolution des workloads. Les capacités d’auto-réparation réduisent les temps d’arrêt en détectant et en résolvant automatiquement les problèmes, tandis que les systèmes de sécurité pilotés par l’IA identifient et atténuent les cybermenaces, ce qui garantit la protection des données de l’entreprise.

Les principaux systèmes d’exploitation, comme Windows et macOS, intègrent l’IA pour optimiser la gestion des ressources, renforcer la sécurité (par exemple, Windows Defender Face ID) et offrir des expériences utilisateur personnalisées.