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NSI Terminale • Programme français, lycées de Montréal

Fiche de révision : processus, réseaux et sécurisation en NSI

Le chapitre des processus et des réseaux est celui où les définitions sont simples et les questions mécaniques : dérouler un ordonnancement, lire un graphe d'attente, appliquer une table de routage. On y perd des points par étourderie de calcul plus que par ignorance, et par une confusion redoutable, celle des deux clés du chiffrement asymétrique.

Cette fiche liste les neuf erreurs qui reviennent dans les copies, avec la phrase exacte à écrire à la place et ce que chacune coûte au barème.

Le fil du chapitre

Rien n'est instantané ici : c'est parce qu'une opération DURE que l'ordonnanceur s'intercale, que deux processus s'écrasent, et qu'un interblocage devient possible.

Ce chapitre fait partie de NSI en Terminale

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Remonter plus loin : la chaîne complète (4 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Algorithmique et PythonSeconde, Mathématiques
  2. 2Python : types, contrôle, fonctions et tableauxPremière
  3. 3Représentation des données : réels et textePremière
  4. 4Architectures matérielles, systèmes et réseauxPremière

L'essentiel

Trois états, et les transitions qui existent

  • • Prêt : le processus attend le processeur. Élu : il l'occupe. Bloqué : il attend une entrée-sortie, pas le processeur.
  • • Quatre transitions seulement : élection, préemption, attente d'entrée-sortie, fin d'entrée-sortie.
  • • Il n'existe AUCUNE transition directe de bloqué vers élu : la fin d'une entrée-sortie rend le processus prêt, et c'est l'ordonnanceur qui l'élit ensuite.
  • • Temps de séjour == achèvement moins arrivée. Temps d'attente == séjour moins temps de calcul.
prêtélubloquéélectionpréemptionattente d'E/Sfin d'E/S
Les quatre seules transitions possibles : aucune flèche ne relie bloqué à élu, un processus débloqué repasse toujours par l'état prêt.

Une question de trace se rédige en tableau : une ligne par instant de décision, une colonne par processus. Le barème suit ce tableau.

Ce que chaque politique d'ordonnancement optimise

  • • Le plus court d'abord minimise l'attente MOYENNE, mais exige de connaître les durées à l'avance et affame les longs processus.
  • • Le tourniquet borne le PIRE cas d'attente et ne réclame aucune connaissance préalable : il paie cette équité par une attente moyenne plus grande.
  • • Le premier arrivé premier servi est simple et catastrophique dès qu'un long processus précède des courts.
  • • Un quantum trop petit multiplie les changements de contexte, un quantum trop grand ramène au premier arrivé premier servi.

Concurrence : la section critique

  • • Une lecture suivie d'une modification puis d'une écriture n'est PAS indivisible : l'ordonnanceur peut s'intercaler entre les trois.
  • • La conséquence est la mise à jour perdue : deux incréments, un seul effet.
  • • Le remède est un verrou d'exclusion mutuelle, posé autour de la section critique et AUSSI ÉTROIT que possible.
  • • Quatre conditions rendent l'interblocage possible : exclusion mutuelle, détention et attente, absence de préemption, attente circulaire. En briser UNE seule suffit.

Routage : la prochaine étape, et rien de plus

  • • Une table de routage donne, pour une destination, la PROCHAINE étape. Jamais le chemin complet, qu'aucun routeur ne connaît.
  • • La ligne retenue est la plus SPÉCIFIQUE, c'est-à-dire celle dont le préfixe est le plus long.
  • • Vecteur de distance : chacun annonce à ses voisins la distance qu'il croit connaître, d'où le comptage à l'infini quand un lien tombe.
  • • État de liens : chacun annonce ses liens à TOUS, chacun reconstruit la carte complète et applique Dijkstra localement.

Chiffrement : quelle clé, pour quel but

  • • Symétrique : une clé partagée, rapide, mais n(n−1)/2n(n-1)/2 clés pour nn correspondants, et il faut d'abord se transmettre la clé.
  • • Asymétrique : 2n2n clés pour nn personnes, dont nn secrètes, et aucune clé secrète à transmettre.
  • • CONFIDENTIALITÉ : on chiffre avec la clé PUBLIQUE du destinataire, lui seul possède la privée qui déchiffre.
  • • SIGNATURE : on chiffre avec sa PROPRE clé privée, tout le monde vérifie avec la publique. Les deux usages sont exactement inverses.

Les protocoles réels sont hybrides : l'asymétrique sert à échanger une clé de session, le symétrique chiffre ensuite les données.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Faire passer un processus de bloqué à élu

1 point, et toute la trace qui suit se décale

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'entrée-sortie se termine, donc le processus reprend le processeur. »

Ce qu'il faut écrire

« La fin de l'entrée-sortie le fait passer de bloqué à PRÊT. C'est ensuite l'ordonnanceur qui l'élit, peut-être plus tard. »

Pourquoi : L'état élu est attribué par l'ordonnanceur et par lui seul. Autoriser cette transition reviendrait à laisser un périphérique décider de qui occupe le processeur.

2. Confondre temps de séjour et temps d'attente

2 points, et la comparaison entre politiques devient fausse

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le processus est arrivé à 0 et s'achève à 12, il a donc attendu 12. »

Ce qu'il faut écrire

« Le séjour vaut 12−0=1212 - 0 = 12, et l'attente vaut le séjour moins le temps de calcul : 12−6=612 - 6 = 6. »

Pourquoi : Le temps de calcul n'est pas de l'attente : c'est le travail utile. Confondre les deux fait croire qu'un processus long attend plus qu'un court, alors que c'est souvent l'inverse.

3. Croire que le tourniquet minimise l'attente moyenne

2 points sur la question de comparaison, celle qui est vraiment notée

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le tourniquet est équitable, donc il donne la meilleure attente moyenne. »

Ce qu'il faut écrire

« C'est le plus court d'abord qui minimise l'attente moyenne : sur trois processus de durées 6, 2 et 4, il donne 8/3≈2,678/3 \approx 2{,}67 contre 14/3≈4,6714/3 \approx 4{,}67 pour le tourniquet de quantum 2. »

le plus court d'abord : attente moyenne 2,67BCAtourniquet, quantum 2 : attente moyenne 4,67ABCACA024681012
Les trois mêmes processus, deux politiques : le tourniquet découpe et termine plus tard, ce qui se lit directement sur les instants d'achèvement.

Pourquoi : L'équité et la moyenne s'opposent : le tourniquet retarde les courts pour ne pas affamer les longs. Chaque politique optimise un critère différent, et le sujet demande toujours lequel.

4. Croire qu'un incrément est indivisible

2 points sur la question de concurrence, très souvent une question à corriger

Ce qu'il ne faut pas écrire

« compteur = compteur + 1 est une seule instruction, deux processus ne peuvent pas se gêner. »

Ce qu'il faut écrire

« C'est une lecture, une addition et une écriture : l'ordonnanceur peut s'intercaler entre les trois, et deux incréments n'en produire qu'un. Je pose un verrou autour. »

Pourquoi : Une ligne de code n'est pas une opération atomique du processeur. C'est exactement le mécanisme de la mise à jour perdue, et c'est la raison d'être des verrous.

5. Vouloir briser les quatre conditions de l'interblocage

2 points, et la solution proposée devient irréalisable

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Pour éviter l'interblocage, il faut supprimer les quatre conditions. »

Ce qu'il faut écrire

« Il suffit d'en briser UNE : imposer un ordre global d'acquisition des ressources supprime l'attente circulaire, et l'interblocage devient impossible. »

P1R1P2R2demandedemandedétenue pardétenue parle cycle : interblocage
Le cycle du graphe d'attente est la quatrième condition : rompre une seule de ses flèches, en imposant un ordre d'acquisition, suffit à rendre l'interblocage impossible.

Pourquoi : Les quatre conditions sont nécessaires SIMULTANÉMENT. L'exclusion mutuelle, elle, ne peut souvent pas être supprimée : c'est justement pour cela qu'on attaque l'attente circulaire.

6. Lire une table de routage comme un itinéraire

1 point, et la réponse dépasse ce que l'énoncé permet d'affirmer

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La table du routeur R1 dit que le paquet passe par R2 puis R4 pour atteindre le réseau C. »

Ce qu'il faut écrire

« La table de R1 donne seulement la PROCHAINE étape, R2. Ce que fera R2 dépend de sa propre table, que R1 ignore. »

Pourquoi : Le routage est un mécanisme local répété : aucun routeur ne connaît le chemin complet. C'est ce qui rend le réseau capable de survivre à la disparition d'un lien.

7. Appliquer Dijkstra à un protocole à vecteur de distance

2 points sur la question de comparaison des protocoles

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Chaque routeur applique Dijkstra sur la carte du réseau qu'il a reçue de ses voisins. »

Ce qu'il faut écrire

« Le vecteur de distance n'échange que des DISTANCES avec les voisins immédiats. Dijkstra suppose la carte complète, donc un protocole à état de liens. »

Pourquoi : Les deux familles diffèrent par ce qui est annoncé, et non par le calcul. Le vecteur de distance annonce peu et à peu de monde, d'où le comptage à l'infini ; l'état de liens annonce tout à tout le monde.

8. Inverser les deux clés du chiffrement asymétrique

toute la question de sécurité, souvent 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Pour envoyer un message secret, je le chiffre avec ma clé privée : personne d'autre ne l'a. »

Ce qu'il faut écrire

« Tout le monde possède ma clé publique et pourrait donc déchiffrer : pour la confidentialité, je chiffre avec la clé PUBLIQUE DU DESTINATAIRE. Ma clé privée sert à SIGNER. »

Pourquoi : Confidentialité et signature sont deux usages exactement inverses de la même paire. Retenir le but avant la clé, et non l'inverse, supprime la confusion : « je veux que lui seul lise » impose sa clé publique.

9. Croire que le cadenas garantit l'honnêteté du site

2 points, et c'est la question de recul que le sujet attend

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le cadenas est affiché, donc le site est fiable et mes données y sont en sécurité. »

Ce qu'il faut écrire

« Le certificat garantit trois choses : le trafic est chiffré, il n'a pas été modifié, et le domaine est bien celui affiché. Il ne dit rien de l'honnêteté du site ni de la façon dont il stocke mes données. »

Pourquoi : Un site frauduleux obtient un certificat aussi facilement qu'un autre : le certificat authentifie un NOM DE DOMAINE, pas une intention. C'est la limite que le programme demande de savoir formuler.

Quelle méthode choisir

Quelle politique d'ordonnancement, selon le critère demandé

Le critère que l'énoncé cherche à optimiser, et ce que l'on connaît des durées.

  • Si on connaît les durées et on veut l'attente moyenne minimale → le plus court d'abord

    Exemple : attente moyenne 8/38/3 contre 14/314/3

    prix payé : famine possible des longs processus

  • Si on ne connaît pas les durées, ou on veut borner le pire cas → tourniquet

    Exemple : un système interactif où personne ne doit être gelé

  • Si les tâches doivent respecter leur ordre d'arrivée → premier arrivé premier servi

    Exemple : une file d'impression

  • Si certaines tâches sont urgentes → priorités, avec vieillissement pour éviter la famine

    Exemple : un système temps réel

Si le sujet demande de « justifier le choix », la réponse attendue nomme le critère optimisé ET le prix payé : aucune politique n'est meilleure en tout.

Quelle clé, selon le but

Le but poursuivi, énoncé en français, avant toute considération de clé.

  • Si « lui seul doit pouvoir lire » → chiffrer avec la clé PUBLIQUE du destinataire

    Exemple : envoyer un mot de passe

  • Si « prouver que c'est bien moi qui l'ai écrit » → chiffrer l'empreinte avec MA clé privée

    Exemple : signer une mise à jour logicielle

  • Si « beaucoup de données à chiffrer vite » → symétrique, la clé de session étant échangée en asymétrique

    Exemple : une session HTTPS

    c'est le schéma hybride de tous les protocoles réels

  • Si « vérifier que le message n'a pas été modifié » → empreinte, puis signature de l'empreinte

    Exemple : l'intégrité d'un téléchargement

Aucune clé privée ne circule jamais. Si une réponse suppose l'envoi d'une clé privée, elle est fausse quelle que soit la suite.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Dérouler un ordonnancement et calculer les temps

Quand l'utiliser : L'énoncé donne des processus avec leurs dates d'arrivée et leurs durées, et une politique.

  1. 1 Annoncer la politique et, s'il y a lieu, le quantum et la règle de départage en cas d'égalité.
  2. 2 Tracer la chronologie en blocs, un bloc par intervalle où un processus est élu, sans laisser de trou non justifié.
  3. 3 Relever la date d'achèvement de chaque processus sur la chronologie.
  4. 4 Calculer pour chacun le séjour, achèvement moins arrivée, puis l'attente, séjour moins durée de calcul.
  5. 5 Donner la moyenne demandée, et dire quel critère cette politique optimise.

Phrase de conclusion

« Avec le tourniquet de quantum 2, les achèvements sont 4 pour B, 10 pour C et 12 pour A ; les attentes valent respectivement 2, 6 et 6, soit une attente moyenne de 14/3≈4,6714/3 \approx 4{,}67, contre 8/3≈2,678/3 \approx 2{,}67 pour le plus court d'abord. »

Le piège : Calculer l'attente comme la somme des trous visibles sur le schéma : c'est juste et beaucoup plus long, et une seule distraction fausse le résultat. La soustraction séjour moins calcul est plus sûre.

Barème : 2 points pour la chronologie, 1 point pour les temps individuels, 1 point pour la moyenne et le critère.

Montrer qu'il y a interblocage, et proposer un remède

Quand l'utiliser : L'énoncé donne des processus qui détiennent et demandent des ressources.

  1. 1 Construire le graphe d'attente : une flèche du processus vers la ressource qu'il DEMANDE, une flèche de la ressource vers le processus qui la DÉTIENT.
  2. 2 Chercher un cycle et l'écrire explicitement, sommet par sommet.
  3. 3 Nommer les quatre conditions et dire lesquelles sont réunies dans le cas donné.
  4. 4 Choisir UNE condition à briser, et donner le mécanisme concret qui la brise.

Phrase de conclusion

« Le graphe d'attente contient le cycle P1, R1, P2, R2, P1 : les quatre conditions sont réunies, il y a interblocage. En imposant à tous les processus d'acquérir les ressources dans un ordre global fixé, on supprime l'attente circulaire, et une seule condition brisée suffit à rendre l'interblocage impossible. »

Le piège : Proposer de supprimer l'exclusion mutuelle : c'est la condition qu'on ne peut presque jamais retirer, puisqu'elle est la raison d'être de la ressource.

Barème : 2 points pour le graphe et le cycle, 1 point pour les conditions, 1 point pour le remède.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

Trois processus, deux politiques, et la comparaison chiffrée

Trois processus A, B et C arrivent tous à l'instant 0, avec des durées de calcul de 6, 2 et 4 unités.

Dérouler l'ordonnancement selon le plus court d'abord, puis selon le tourniquet de quantum 2, et comparer les attentes moyennes.

Étape 1

Le plus court d'abord : B de 0 à 2, C de 2 à 6, A de 6 à 12.

Pourquoi

Les durées étant connues et les arrivées simultanées, la politique se réduit à un tri croissant des durées. Écrire la chronologie avant les calculs évite toute erreur de report.

Étape 2

Attentes : B attend 0, C attend 2, A attend 6. Moyenne 8/3≈2,678/3 \approx 2{,}67.

Pourquoi

Avec des arrivées à 0, l'attente d'un processus est simplement la date à laquelle il commence. C'est le seul cas où le raccourci est légitime, et il faut le dire.

Étape 3

Tourniquet de quantum 2 : A, B, C, A, C, A, soit des achèvements à 12 pour A, 4 pour B et 10 pour C.

Pourquoi

Chaque processus reçoit au plus deux unités avant de repasser en fin de file. La chronologie se construit tour par tour, et c'est elle qui donne les achèvements sans calcul.

Étape 4

Attentes : 12−6=612 - 6 = 6 pour A, 4−2=24 - 2 = 2 pour B, 10−4=610 - 4 = 6 pour C. Moyenne 14/3≈4,6714/3 \approx 4{,}67.

Pourquoi

Ici le raccourci de l'étape 2 ne vaut plus, puisque les processus sont interrompus : il faut passer par séjour moins calcul, la seule formule qui reste vraie.

Étape 5

Comparaison : 2,672{,}67 contre 4,674{,}67, le plus court d'abord l'emporte sur l'attente moyenne.

Pourquoi

C'est la réponse à la question posée, et elle doit être chiffrée : « le plus court d'abord est meilleur » sans les deux nombres ne rapporte rien.

Étape 6

Contrepartie : si un quatrième processus de durée 20 arrivait, le tourniquet lui donnerait le processeur toutes les six unités, alors que le plus court d'abord le repousserait indéfiniment.

Pourquoi

Le sujet attend cette nuance : nommer le critère optimisé ET le prix payé. C'est le point de recul qui distingue une bonne copie d'une copie exacte.

Conclusion rédigée

« Le plus court d'abord donne une attente moyenne de 8/3≈2,678/3 \approx 2{,}67, le tourniquet de quantum 2 une attente moyenne de 14/3≈4,6714/3 \approx 4{,}67. Le plus court d'abord minimise donc l'attente moyenne, au prix d'un risque de famine pour les longs processus, que le tourniquet écarte en bornant le pire cas. »

L'erreur classique sur cet exercice : Prendre les dates d'achèvement pour les attentes : on annonce alors 12, 4 et 10, soit une moyenne de 26/326/3, et la comparaison entre les deux politiques perd tout sens.

À savoir par cœur

  • • Trois états, quatre transitions. AUCUNE flèche de bloqué vers élu.
  • • Séjour == achèvement moins arrivée. Attente == séjour moins temps de calcul.
  • • Le plus court d'abord minimise l'attente MOYENNE. Le tourniquet borne le PIRE cas.
  • • Une lecture-modification-écriture n'est pas atomique : verrou, et le plus étroit possible.
  • • Quatre conditions d'interblocage. En briser UNE suffit, en général l'attente circulaire.
  • • Une table de routage donne la PROCHAINE étape, jamais le chemin.
  • • Vecteur de distance : on annonce des distances aux voisins. État de liens : on annonce ses liens à tous, puis Dijkstra.
  • • Confidentialité : clé PUBLIQUE du destinataire. Signature : MA clé privée. Jamais l'inverse.
  • • Le cadenas garantit chiffrement, intégrité et domaine. Ni l'honnêteté du site, ni la sécurité du stockage.

Questions fréquentes

Un processus peut-il passer directement de bloqué à élu ?

Non. La fin de l'entrée-sortie le fait passer de bloqué à prêt, et c'est ensuite l'ordonnanceur qui décide de l'élire, éventuellement bien plus tard. Autoriser cette transition reviendrait à laisser un périphérique décider de qui occupe le processeur. Les seules transitions sont élection, préemption, attente d'entrée-sortie et fin d'entrée-sortie.

Comment calculer le temps d'attente d'un processus ?

On calcule d'abord le temps de séjour, égal à la date d'achèvement moins la date d'arrivée, puis on retire le temps de calcul du processus. Un processus arrivé à 0, achevé à 12 et demandant 6 unités de calcul a donc un séjour de 12 et une attente de 6. Additionner les trous visibles sur la chronologie donne le même résultat, plus lentement.

Quelle politique d'ordonnancement donne la meilleure attente moyenne ?

Le plus court d'abord, et c'est démontrable. Il exige cependant de connaître les durées à l'avance, ce qui est rarement le cas, et il peut affamer indéfiniment un long processus. Le tourniquet donne une attente moyenne plus grande mais borne le temps qu'un processus peut attendre, ce qui est indispensable dans un système interactif.

Comment éviter un interblocage entre plusieurs processus ?

Il suffit de briser une seule des quatre conditions nécessaires. La plus facile à supprimer est l'attente circulaire : on impose à tous les processus d'acquérir les ressources dans un ordre global fixé une fois pour toutes, si bien qu'aucun cycle ne peut se former. L'exclusion mutuelle, elle, est presque toujours impossible à retirer.

Avec quelle clé chiffrer pour que le message reste secret ?

Avec la clé publique du destinataire, car lui seul possède la clé privée correspondante et peut donc déchiffrer. Chiffrer avec sa propre clé privée produit l'effet inverse : tout le monde possède la clé publique et pourrait lire. Cette opération sert à signer, c'est-à-dire à prouver l'origine du message, pas à le protéger.

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Exercices corrigés : Processus, réseaux et sécurisation

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 15 exercices corrigés
  • 150 points
  • 255 minutes
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