Voir la source de CHIR Rennes (2004) Bétourné

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;Titre:[[a pour titre::Ésope : une étape de la recherche française en systèmes d'exploitation (1968-1972)]]
;Auteurs:[[a pour premier auteur::Claude Bétourné]]<sup>i</sup>, [[a pour auteur::Jean Ferrié]]<sup>ii</sup>, [[a pour auteur::Claude Kaiser]]<sup>iii</sup>, [[a pour auteur::Sacha Krakowiak]]<sup>iv</sup> et [[a pour auteur::Jacques Mossière]]<sup>v</sup>.
;Affiliations:
* i - [[A pour affiliation auteur::Université Paul Sabatier]], IRIT
* ii - Université des Sciences et Techniques du Languedoc, LIRMM
* iii - Conservatoire National des Arts et Métiers, Cedric
* iv - Université Joseph Fourier, IMAG-LSR et INRIA
* v - Institut National Polytechnique de Grenoble, IMAG-LSR et INRIA
;Résumé:Cet article retrace l'histoire d'Ésope, un projet de système d'exploitation en temps partagé, mené à l'IRIA entre 1968 et 1972. Il présente la place d'Ésope dans le contexte national et international de l'époque, résume et commente les principaux choix qui ont guidé sa conception et sa réalisation, et propose une analyse critique des aspects scientifiques du projet, de sa gestion, et de ses retombées.
;Résumé (anglais):''This paper is a historical account of the Ésope project, an experimental time-sharing system developed at IRIA between 1968 and 1972. The following aspects are presented: the situation of Ésope in the national and international context of the period; a summary and comment of its main design and implementation decisions; and a critical assessment of the scientific and management aspects of the project, and of its follow-ups.
;In:Article publié danns les Actes du [[CHIR 2004 Rennes|9<sup>ème</sup> Colloque sur l'histoire de l'informatique et des télécommunications]] (CHIR 2004), Rennes, 16-18 novembre 2004
==Origines et contexte initial==
Le projet Ésope a été lancé en mi-1968, dans une période marquée par une importante transformation du paysage informatique français et par une intense activité de recherche dans le domaine des systèmes d'exploitation. L'orientation du projet a été influencée par ces deux aspects de son contexte initial, que nous rappelons brièvement avant de développer ses motivations et ses objectifs.
===Contexte scientifique===
La période 1966-68 est une phase cruciale de l'histoire des systèmes d'exploitation. On peut dire qu'en l'espace de 2 ou 3 ans ce domaine passe d'un stade de savoir-faire technique (d'ailleurs fort développé) à celui de discipline scientifique. Pour la première fois, une conférence patronnée par l'ACM s'intitule en 1967 ''Symposium on Operating Systems Principles'' ; ce sera la première édition de la série SOSP, aujourd'hui conférence bisannuelle de grand prestige dont la vingtième édition aura lieu en 2005. Le numéro de mai 1968 des Communications of the ACM reprend les meilleures communications de ce symposium. Il contient entre autres l'article de Dijkstra sur le système THE <span id="ref.26">[[#bib.26|[26]]]</span>, qui aura une influence profonde et durable.

Au cours de ces années auront été élaborés les principes de base de la synchronisation (notion de processus, mécanisme des sémaphores), de l'adressage (segmentation), de la protection (première ébauche des capacités), des systèmes de fichiers hiérarchiques. Les premières mémoires paginées sont apparues, et les déboires des premiers systèmes à mémoire virtuelle avec pagination à la demande (écroulement) commencent à être analysés. On connaît quelques prototypes de recherche : THE, déjà cité, à Eindhoven ; CTSS <span id="ref.19">[[#bib.19|[19]]]</span> au MIT, précurseur de Multics <span id="ref.20">[[#bib.20|[20]]]</span> en cours de développement ; Genie <span id="ref.39">[[#bib.39|[39]]]</span> à Berkeley, bientôt suivi de CAL/TSS, MTS à l'université de Michigan. Le domaine est donc foisonnant, et la mise en forme de ces connaissances nouvelles est elle-même une activité proche de la recherche (voir <span id="ref.22">[[#bib.22|[22]]]</span>).

La conception du système Ésope a été influencée par tous ces travaux. Nous y revenons en détail dans la section 2.

Les systèmes industriels qui vont intégrer certains de ces progrès n'auront en revanche pas d'influence sur Ésope : ils utilisent des architectures trop éloignées du Sigma 7 (notre machine, voir 2.1) comme le Burroughs B5500 ou ne sont pas encore dévoilés en 1968. IBM travaille sur CP/67, encore expérimental, qui introduit les concepts de machine virtuelle et d'hyperviseur, et qui sera le support du très populaire CMS, lui-même ancêtre de VM/370. BBN (Bolt Beranek and Newman Inc.) développe Tenex sur un DEC PDP-10 <span id="ref.7">[[#bib.7|[7]]]</span>. Bull, en France, prépare l'architecture HB 64 et le système GCOS 64 qui s'inspirent de Multics et qui seront annoncés en 1974. Les premiers Unix apparaissent en 1969 aux Bell Labs sur PDP-7 et PDP-9 ; sur PDP-11, Unix est opérationnel en 1971 dans une version va-et-vient (swapping) à la CTSS, mais nous ne devions le découvrir qu'en 1973, après la fin d'Ésope (SOSP 1973, puis CACM <span id="ref.44">[[#bib.44|[44]]]</span>).

===Contexte institutionnel et naissance du projet===

Le [[Plan Calcul|plan calcul]] avait été lancé en fin 1966, avec l'objectif de doter la France des capacités industrielles lui permettant d'être autonome dans le domaine des ordinateurs moyens. Outre son volet industriel, la [[Compagnie Internationale pour l'Informatique]] (CII) issue de la fusion des sociétés CAE et SEA, le plan calcul comportait un volet scientifique, l'Institut de Recherche en Informatique et Automatique (IRIA), qui avait pour mission de développer la recherche, la formation, et la diffusion de la connaissance scientifique et technique dans ses domaines de compétence. Mis en place courant 1967, l'IRIA était organisé en six "Directions de Recherche" largement autonomes. La Direction "Structure et Programmation des Calculateurs", sous la conduite de l'ingénieur en chef du génie maritime Henri Boucher, commençait à recruter ses membres en début 1968.

Le projet initial de la Direction de Recherche était de doter l'IRIA d'un système de calcul interactif (on disait alors "conversationnel") multi-utilisateurs. Il faut se souvenir que ce mode de travail était à l'époque relativement peu développé, et que les terminaux étaient essentiellement des télétypes ; les consoles graphiques étaient une ressource rare, coûteuse, difficile à programmer, et il était prévu que nous en recevions une. Le langage PL/1, considéré à l'époque comme "universel", avait été choisi comme langage unique d'interaction.

La mission étant ainsi fixée, il fallait définir un programme de travail. L'IRIA disposait en mi-1968 d'un ordinateur CAE 90-80, machine de conception ancienne, qui arrivait en bout de course. La machine qui nous était promise, la CII 10070, avait beaucoup plus d'attraits (voir 2.1) ; mais sa date de livraison était incertaine, et éloignée d'au moins un an (elle ne devait arriver en fait que 20 mois plus tard). Son environnement logiciel nous était également inconnu ; nous savions, sans plus de précisions, que la CII travaillait à un système multiprogrammé (mais non en temps partagé), MMP (futur Siris 7).

Les voies d'approche possibles étaient en gros les suivantes.
# Prévoir de construire notre environnement de programmation sur le système développé par la CII. Nous avions peu d'informations techniques sur ce système, la CII ne semblant pas à l'époque soucieuse d'établir avec nous des relations autres que de fournisseur à client.
# Nous associer à un autre projet développant un système d'exploitation sur la 10070. Un tel projet, appelé SAM [[#bib.45|[45]]], était mené au CERA (Centre d' Études et de Recherches en Automatique, dépendant de Sup'Aéro), sous la direction de Jean-Paul Rossiensky et Vincent Tixier, et avec la participation de Jean-Yves Leclerc.
# Développer nous-mêmes, sur la 10070 "nue", le système d'exploitation répondant à nos besoins.

Les voies 1 et 2 avaient l'inconvénient de nous rendre dépendants de partenaires dont les objectifs étaient différents des nôtres, qui avaient leur propre calendrier, et dont la volonté de coopération était à nos yeux loin d'être manifeste. La solution 3 n'était pas sans risques ; après tout, même si les plus anciens d'entre nous avaient une expérience de conception et de réalisation en informatique (calcul scientifique pour Bétourné, systèmes temps réel pour Kaiser, acquisition et traitement de données pour Krakowiak), la conception de systèmes d'exploitation était pour nous un domaine nouveau. Mais cette nouveauté même, surtout dans le contexte scientifique qui a été décrit, et le défi que représentait cette construction ex nihilo, emportèrent vite la décision. L'équipe initiale (alors composée de Bétourné, Boulenger, Kaiser, Krakowiak et Mossière – Ferrié devait nous rejoindre en janvier 1969) présenta en octobre 1968 cette proposition à notre directeur Boucher, qui l'approuva sans réserves. Le projet reçut le nom d' Ésope (Exploitation Simultanée d'un Ordinateur et de ses PEriphériques).

L'appui de notre directeur de recherche nous donnait le feu vert vis-à-vis de la direction de l'IRIA. Il n'en fut pas de même pour la Délégation à l'Informatique (l'organe de pilotage du plan calcul), qui voyait d'un mauvais l l'existence de deux projets sur le même thème (celui du CERA et le nôtre) et nous incita vivement à fusionner. Mais cette vue technocratique des choses ignorait les réalités du terrain (les choix de conception de SAM étant déjà faits, l'intérêt scientifique de la collaboration était pour nous voisin de zéro). Une amorce de collaboration fut néanmoins tentée avec SAM en vue de définir un langage commun d'implémentation, dans la ligne de PL360 [[#bib.55|[55]]], langage d'assemblage évolué muni de constructions syntaxiques de haut niveau. Cette tentative échoua en raison de divergences sur la conception ; chacun des projets définit son propre langage (lp70 [[#bib.46|[46]]] pour SAM, lp10070 [[#bib.8|[8]]] pour Ésope) et les contacts s'arrêtèrent là<ref>Une version de SAM fut développée au centre de recherche de la CII, après le départ de ses concepteurs vers fin 1969 ou début 1970, mais ce travail n'eut pas de suites. Une activité de recherche autour de SAM se poursuivit au CERT à [[Toulouse]], après le transfert de Sup'Aéro dans cette ville</ref>.

Quant aux relations avec la CII, elles ne furent pas celles qui auraient dû résulter du cadre institutionnel du plan calcul. L'une des missions de l'IRIA était en effet d'élaborer les connaissances et le savoir-faire qui devaient aider la CII à développer sa propre compétence. Mais la CII ne semblait pas considérer notre projet comme un interlocuteur valable, et ne lui manifesta qu'un intérêt poli et épisodique. La Délégation à l'Informatique, pour sa part, n'avait qu'une idée vague de ce qu'était un projet de recherche, et semblait s'attendre à ce que nous fournissions un produit clés en main. Nous revenons sur ces aspects dans les sections 3.1, 3.3 et 4.

===Objectifs et priorités du projet===
Le projet avait un double objectif :
* développer un système d'exploitation à l'usage interne de l'IRIA. Ce système devait servir de base à un environnement de programmation interactif et partagé pour 3 classes de travaux : l'utilisation du PL/1 en mode conversationnel sur une vingtaine de terminaux, l'exécution d'un travail de fond (batch), et enfin la supervision de tâches en temps réel<ref>Ce dernier aspect ne fut en fait jamais développé, faute sans doute d'avoir trouvé un domaine d'application.</ref>.
* mener des recherches sur les principes de conception et de réalisation des systèmes d'exploitation ; avant tout, développer la compétence de l'équipe dans ce domaine : nous partions de quasiment zéro. . .

Il était clairement précisé que le prototype construit avait un caractère expérimental ; il ne s'agissait en aucun cas d'un produit, que nous n'avions d'ailleurs pas les moyens de développer, notre équipe de base comprenant 5 personnes (l'effectif est temporairement monté jusqu'à 7 ou 8). Si cette taille réduite nous a amenés à limiter l'ampleur de la réalisation, elle a eu l'avantage de simplifier les problèmes d'organisation ; l'homogénéité de l'équipe a en outre facilité la participation de chacun aux choix et aux décisions.

Pour la conduite du travail, nous avons donc fixé explicitement ou implicitement des sous-objectifs et des priorités. Certains de ces choix ont été orientés par l'objectif de réalisation, d'autres par l'intérêt scientifique (voire l'effet de mode), d'autres enfin sont dus à notre ignorance.

En particulier, nous manquions d'expérience concrète d'utilisation d'un système d'exploitation interactif et partagé, ce qui nous a conduits à sous-estimer deux aspects :
Nous avons donc concentré notre effort sur les points suivants.
* Problèmes liés au temps partagé, notamment ordonnancement des processus, gestion des terminaux, gestion des t^aches conversationnelles.
* Problèmes liés à l'utilisation de la mémoire virtuelle, à l'époque assez peu explorés.
* Problèmes d'allocation de mémoire, notamment ceux liés à la gestion de mémoire paginée et à la prévention de l'écroulement.
La gestion des fichiers et des entrées-sorties non interactives n'a été abordée que relativement
tard dans le projet.

D'autres aspects importants n'ont pas été pris en compte :
* Administration du système (paramétrage, génération, sécurité, journaux, mesures).
* Portabilité des applications depuis ou vers d'autres systèmes.
* Portabilité du système lui-même. Nous n'avons notamment pas cherché à définir une interface basse indépendante du matériel, ni d'interfaces internes standard.

Ces aspects n'étaient pas strictement nécessaires au fonctionnement d'un prototype expérimental et nous les avons explicitement exclus. Ils étaient par ailleurs, à l'époque, considérés comme marginaux sur le plan de la recherche, situation qui n'a commencé à changer qu'au début des années 1990.

Pour répondre à l'objectif de recherche et de formation, nous avons porté une grande attention à la formulation explicite des choix de conception, et à l'élaboration d'une documentation de conception préalable au codage<ref>L'important délai de livraison de la machine a été à cet égard un facteur bénéfique.</ref>. Chacun des membres de l'équipe devait participer à la conception et au codage ; chacun devait avoir une connaissance à peu près complète de l'ensemble du code ; l'organisation était souple et les sous-groupes redéfinis en fonction des t^aches. Ces principes ont été explicitement formulés au début du projet et ont en fait été à peu près suivis.

La suite de cet article développe trois vues du projet Ésope. La section 2 présente une vue architecturale du projet « achevé », replacée dans le contexte de l'époque. La section 3 présente une vue chronologique du développement d'Ésope. La section 4 conclut par une analyse critique du projet et de ses retombées.

==Concepts et architecture du système Ésope==
Nous présentons dans cette section les principaux choix de conception et de réalisation d'Ésope, en mettant en évidence les sources initiales d'inspiration, et également celles apparues au cours du déroulement du projet. Nous mettons également Ésope en perspective par rapport à deux systèmes :
* Unix, aujourd'hui une référence centrale, bien que ce système soit resté inconnu de nous jusqu'en 1973 <span id="ref.44.1">[[#bib.44|[44]]]</span> et que la pagination à la demande n'y ait été introduite qu'en 1978 avec Unix BSD.
* VAX-VMS de DEC (descendant lointain de Tenex), l'un des meilleurs systèmes d'exploitation des années 1980.
Un projet de système d'exploitation est nécessairement influencé par l'architecture de la machine sous-jacente, qu'il s'agisse d'exploiter au mieux ses capacités ou de s'accommoder de ses limitations. C'est pourquoi nous présentons brièvement les principaux traits de la CII 10070.

===La machine CII 10070===
La 10070 était la machine Sigma 7 <span id="ref.17">[[#bib.17|[17]]]</span> de la compagnie américaine Scientific Data Systems (SDS<ref>En mars 1969, SDS fut absorbée par Xerox, donnant naissance à la compagnie Xerox Data Systems (XDS). Cette première tentative d'entrée de Xerox dans le domaine informatique devait tourner court en 1975.</ref>), initialement distribuée sous licence, puis produite, par la CII. Annoncée en 1966 (et livrée la même année), la Sigma 7 était la première machine à mots de 32 bits succédant à une série de machines à 24 bits, comprenant notamment la SDS 940 (support du projet Genie à Berkeley), explicitement dédiée au temps partagé, mode d'utilisation très nouveau à l'époque. La Sigma 7 était annoncée comme ordinateur universel, pour des applications scientifiques, de gestion, et temps réel.

La Sigma 7 était de fait une excellente machine pour le temps réel, grâce à un système d'interruptions bien conçu, comprenant 237 niveaux hiérarchisés, pouvant individuellement être armés et masqués, ainsi qu'à une horloge temps réel avec comptage programmable. Ses performances étaient bonnes pour l'époque (voir ci-après). Sa vocation \temps partagé" se traduisait par la présence de jeux multiples de registres (jusqu'à 32 jeux) pouvant être permutés lors de la commutation du mot d'état<ref>Ce mécanisme, qui était en option, ne fut en fait pas utilisé par Ésope.</ref>, et par une mémoire virtuelle paginée « plate » (la correspondance entre pages virtuelles et pages physiques étant assurée par des registres topographiques permettant une traduction ecace et une commutation rapide entre espaces virtuels). Néanmoins, ce système d'adressage avait deux limitations importantes.

===Architecture d'ensemble du système===
===Gestion et synchronisation des processus===
===Gestion de l'information===
===Allocation de ressources===

==Historique du projet==
==Analyse critique==
[[Image:CII 10070 IRIA.png|500px|thumb|center|La CII 10070 de l'IRIA (vers 1973)<br/>De gauche à droite : Kaiser, Lemaire, Saltel, X. . ., Boulenger (devant la console graphique), Gros]]

==Références==
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==Notes==
<references/>

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