Du programme au processus

Objectifs

À la fin de cette leçon, vous saurez :

• expliquer le cheminement d'un programme jusqu'au matériel ;
• distinguer programme, fichier exécutable et processus ;
• comprendre la différence entre compilation et interprétation ;
• décrire les rôles du CPU, de la RAM et du stockage.

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Le schéma global

Utilisateur
    ↓
Programme
    ↓
Système d'exploitation
    ↓
CPU / RAM / disque / réseau

C'est la chaîne complète que vous saurez raconter à la fin de ce cursus. Chaque couche s'appuie sur la précédente : l'utilisateur est devant le terminal, le programme est ce qui tourne, le système d'exploitation réserve les ressources, le matériel exécute.

Qu'est-ce qu'un programme, exactement ?

Un programme est une suite d'instructions. Dans une application web, elles seront écrites dans des fichiers texte : le code source.

Trois états successifs :

code source (texte lisible)
       ↓
binaire (instructions comme la machine parle)
       ↓
processus (programme en cours d'exécution, en mémoire)

• Le code source est lisible par un humain.
• Le binaire est la traduction en instructions machine exécutables.
• Le processus est une instance vivante : le binaire, chargé en mémoire, en cours d'exécution, avec son état (variables, fichier courant, position dans le programme).

Compilation et interprétation

Deux familles de transformation :

Compilation : le code source est traduit intégralement en binaire, une fois, avant d'être exécuté.

compilateur
code source ────────────→ programme exécutable → processus

Interprétation : un autre programme (l'interpréteur) lit le code source ligne par ligne et exécute l'action correspondante à la volée.

interpréteur
code source ──────────→ instructions exécutées directement

Les noms changent, mais le principe est le même : rendre les instructions compréhensibles par la machine.

node mon-script.js    # Node.js est un interpréteur JavaScript

Que fait la machine ?

Trois composants sont à distinguer :

Composant	Rôle	Si on le coupe
CPU	exécute les instructions	rien ne tourne
RAM	mémoire vive : données et instructions d'un processus en cours	tout s'efface
Stockage (disque)	conserve les fichiers de façon permanente	les fichiers deviennent inaccessibles

La RAM est volatile : ce qui y vit disparaît quand le processeur s'arrête ou que le programme se termine. Le stockage est persistant mais beaucoup plus lent. Le processus vit en RAM ; le code source vit sur le disque, sous forme de fichier.

Le système d'exploitation, arbitre des ressources

Le noyau Linux (le cœur du système d'exploitation) fait tout le petit travail invisible :

• il charge un programme dans la RAM ;
• il lui alloue du CPU par petits bouts de temps ;
• il isole un processus des autres : il ne peut pas écraser la mémoire d'un voisin ;
• il relie le programme aux périphériques (disque, réseau, terminal) par des ponts standards.

Le programme ne parle jamais directement au matériel : il demande au système, qui vérifie puis autorise ou refuse.

Exercice

1. Ouvrez un éditeur et écrivez un fichier mon-script.js contenant console.log("salut système");, puis exécutez-le avec node : identifiez la marche de chaque couche.
2. Quelle couche a chargé le binaire en RAM ? Quel programme a lu le code source ?
3. Trouvez la commande qui, dans la leçon précédente, vous a permis de localiser node (cherchez dans vos souvenirs de la leçon sur l'exploration).

Résumé

• Utilisateur → programme → système d'exploitation → matériel.
• Code source, binaire et processus sont trois états distincts.
• La compilation traduit avant ; l'interprétation traduit pendant.
• Le CPU exécute, la RAM vit, le disque conserve.
• Le système d'exploitation arbitre tout : aucun programme ne parle au matériel sans passer par lui.

vous tapez : node mon-script.js
    ↓
début du processus node
    ↓
Node.js lit mon-script.js sur le disque
    ↓
Node écrit sur stdout
    ↓
le terminal affiche : salut système