Les outils du logiciel libre pour l’ingénieur

Jérémy Fix

CentraleSupélec

2025-10-20

Syllabus

Contenu du cours

Philosophie du cours

Vous introduire au monde du logiciel libre (free software) avec sa dimension philosophique et pratique.

Free software \(\neq\) free beer.

Au programme

  • 1 CM (1h30): introduction au logiciel libre et à GNU/Linux
  • 1 TP (4h) d’introduction au shell Bash et à Git,
  • 1 TP (4h) visant à produire une vidéo d’une éruption solaire,
  • 1 TP (4h) visant à produire une animation des températures aux Etats-Unis

Ressources

Evaluation

  • pas de contrôle terminal
  • évaluation par les rendus de TP (rapport en Latex, code sur GIT !!)

Introduction au logiciel libre

Logiciel libre \(\neq\) open source

Philosophie libre

Les quatre libertés selon la Free Software Foundation :

  • la liberté de faire fonctionner le programme comme vous voulez, pour n’importe quel usage (liberté 0) ;
  • la liberté d’étudier le fonctionnement du programme, et de le modifier pour qu’il effectue vos tâches informatiques comme vous le souhaitez (liberté 1) 
  • la liberté de redistribuer des copies, donc d’aider les autres (liberté 2) ;
  • la liberté de distribuer aux autres des copies de vos versions modifiées (liberté 3) ; en faisant cela, vous donnez à toute la communauté la possibilité de profiter de vos changements.

L’accès au code source (open source) est une condition nécessaire mais pas suffisante pour les libertés 1 et 2;

Exemples

Les licenses

Un grand nombre de licenses existent , même parmi celles qui respectent les 3 libertés (utilisation, modification, partage) : https://opensource.org/licenses.

  • License GPLv3 : license à fort copyleft (non permissive / contaminente / avec obligation de réciprocité) en droit anglo-saxon / License CeCILL en droit Français

  • License BSD : license permissive (elle permet de produire d’en dériver un logiciel propriétaire)

  • Licenses Creative Commons CC : Creative commons chooser

Licenses Creative Commons

Licenses Creative Commons

Vers quelle license se tourner - ADULLACT,

Logiciel libre \(\neq\) gratuit

Free software \(\neq\) free beer.

Il est tout à fait envisageable de développer des modèles économiques autour du logiciel libre :

  • RedHat Enterprise (env \(200 \$\) pour une station) vs Fedora : Fedora and Red Hat Enterprise
  • Moodle met à disposition son code source et permet, contre rétribution, à des partenaires (e.g. edunao) de vendre une solution basée sur moodle.
  • des communautés se forment pour le développement de ces logiciels

Distributions Linux

Une distribution Linux =

  • système d’exploitation basé sur le noyau linux
  • un gestionnaire de paquets (e.g. apt, yum, dnf, brew, …)
  • un logiciel de démarrage init (e.g. sysv, systemd, launchd, …)
  • les outils GNU
  • le programme getty qui offre des terminaux sur les F2, F3, ..
  • éventuellement un serveur graphique (e.g. Xorg, Wayland) et un gestionnaire de bureau (e.g. Gnome, kde, xfce, ..)

Il existe beaucoup de distributions (voir https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_distribution#/media/File:Linux_Distribution_Timeline.svg), en général dérivées de :

  • Slackware
  • Debian (Ubuntu, …)
  • RedHat (Fedora, …)
  • Arch
  • Gentoo
  • Suse

GNU/Linux

Philosophie Unix

Unix est le noyau (+outils) commercial, développé par AT&T labs. Linux est développé par Linus Torval dans les années 1990.

Philosophie Unix

Do one thing and do it well - Doug McIlroy

On dispose de plusieurs “petits” outils combinables. D. McIlroy a inventé le concept de “filters/pipes”, au sein d’un shell, e.g. Bourne-Again shell (bash)

$ du * -sh | sort -h | tail -10
$ ls -p | grep -v / | wc -l

Avec GNU Bash, On peut piper “|” des commandes, ou rediriger les entrées et les sorties

Organisation du système de fichiers

Plus d’infos :

$ info file-hierarchy
$ info hier

ou sur la spécification Filesystem Hierarchy Standard

Extrait :

NAME
       hier - description of the filesystem hierarchy

DESCRIPTION
       A typical Linux system has, among others, the following directories:

       /      This is the root directory.  This is where the whole tree starts.

       /dev   Special or device files, which refer to physical devices.  See mknod(1).

       /etc   Contains configuration files which are local to the machine.  Some larger software packages, like X11, can have their own subdirectories below /etc 

       /home  On machines with home directories for users, these are usually beneath this directory, directly or not.  

       /media This directory contains mount points for removable media such as CD and DVD disks or USB sticks.  

       /mnt   This  directory  is  a mount point for a temporarily mounted filesystem.  

       /opt   This directory should contain add-on packages that contain static files.

       /proc  This is a mount point for the proc filesystem, which provides information about running processes and the kernel. This pseudo-filesystem is described in more detail in proc(5).

       /root  This directory is usually the home directory for the root user (optional).

       /tmp   This directory contains temporary files which may be deleted with no notice, such as by a regular job or at system boot up.

       /usr   This directory is usually mounted from a separate partition.  It should hold only shareable, read-only data, so that it can be mounted by various machines running Linux.

       /usr/bin This is the primary directory for executable programs.  Most programs executed by normal users which are not needed for booting or for repairing the system and which are not installed locally should be placed in this directory.

       /usr/include Include files for the C compiler.           

       /usr/lib Object libraries, including dynamic libraries, plus some executables which usually are not invoked directly.  

       /var   This directory contains files which may change in size, such as spool and log files.

! Utilisez l’auto-complétion pour naviguer

Permissions

Utilisateurs

  • L’utilisateur spécial root a tout les droits (super-utilisateur)
  • Les utilisateurs appartiennent à des groupes id
  • Un utilisateur peut être autorisé à passer super-utilisateur (groupe sudoers)

Permissions

info "File permissions"

Les permissions données à un groupe dépendent de flags. Ces permissions sont de trois types, notées “rwx” pour r-ead, w-rite, e-x-ecute, :

  • permission de lire un fichier ou lister le contenu d’un répertoire
  • permission d’écrire (modifier) un fichier, ou de créer, supprimer, déplacer des éléments d’un répertoire
  • permission d’exécuter un fichier et d’accéder au contenu d’un répertoire.

Et il y a 3 groupes de permissions :

  • le propriétaire du fichier/répertoire
  • les membres du groupe propriétaire du fichier/répertoire
  • le reste du monde
-rw-r--r--   1 fix_jer morbluc        5096 déc.  23 09:31  .zshrc

Autre exemple :

ls -l /proc/
dr-xr-xr-x   6 root root 0 avril  1 06:01 tty
-r--r--r--   1 root root 0 avril  1 06:00 uptime
-r--r--r--   1 root root 0 avril  1 06:01 version
  • Changement des permissions par chmod. Changement de propriétaire par chown

Voir aussi https://debian-handbook.info/browse/stable/sect.rights-management.html

Outils de base

Illustrations des outils de base

Obtenir de l’aide

Obtenir de l’aide

Illustration de :

  • man
  • tldr
  • info

La documentation de la distribution Ubuntu, Debian, Arch

Le wiki Ubuntu-fr : https://doc.ubuntu-fr.org/

The debian handbook

Ubuntu documentation

Ubuntu documentation

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/help/

Utilisation du shell

Kit de survie

  • Au fait, pourquoi utiliser le shell ? C’est un truc de geek ? Vraiment ?

  • Naviguer dans le système de fichier : cd, ls

  • Crérer un répertoire mkdir

  • Connaître la taille d’un fichier / répertoire : du

  • Lister les espaces disques df

  • intéragir avec l’historique history, Ctrl+R

Vous pouvez customiser vos shells avec des rc-files

Installer de nouveau packages

Installer de nouveaux packages

Une distribution Linux vient avec un gestionnaire de paquets : dnf, apt, pacman, …

Sous Ubuntu, par exemple pour install Texlive :

sudo apt update
sudo apt install texlive texlive-science

Ubuntu utilise aussi d’autres formats, e.g. snap (conteneurisé), appimage (installable dans l’espace utilisateur), etc…

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/familiarisation/#installations-logicielles

Compresser / décompresser

Compresser / décompresser

Il existe plusieurs formats d’archives : zip, 7z, tar, tar.gz, etc…

$ tldr 7z
7z

File archiver with a high compression ratio.
More information: https://manned.org/7z.

  ...

 - Encrypt an existing archive (including filenames):
   7z a path/to/encrypted.7z -ppassword -mhe=on path/to/archive.7z

  ...

 - E[x]tract an archive to a specific directory:
   7z x path/to/archive.7z -opath/to/output
$ tldr tar
tar

Archiving utility.
Often combined with a compression method, such as gzip or bzip2.
More information: https://www.gnu.org/software/tar/manual/tar.html.

  ...

 - [c]reate a g[z]ipped archive and write it to a [f]ile:
   tar czf path/to/target.tar.gz path/to/file1 path/to/file2 ...

  ...

 - E[x]tract a (compressed) archive [f]ile into the current directory [v]erbosely:
   tar xvf path/to/source.tar[.gz|.bz2|.xz]
  ...

Editer du texte/du code

Editer du texte/du code

Recommendation :

  • VS Code par défaut
  • ou sinon des outils comme Emacs, nim, nvim, … pour les utilisateurs plus avancés

VSCode

VSCode

Doomemacs

Doomemacs

NVim

NVim

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/code/

Filtrer et manipuler du texte

Recherche de fichier ou de contenu

On peut rechercher un fichier avec find ou locate :

$ find . -type f -name "*.py"

On peut utiliser le | sur la sortie, e.g. pour compter le nombre de fichier python dans le répertoire courant :

$ find . -type f -name "*.py" | wc -l

On peut exécuter des commandes sur les fichiers trouvés, e.g. trouver les occurences de import numpy dans les fichiers python

$ find . -type f -name "*.py" -exec grep "import numpy" \{} ; -print

Pour trouver du contenu dans un fichier, on peut utiliser grep ou rg (ripgrep)

$ tldr grep                                                     
Find patterns in files using regexes.
More information: https://www.gnu.org/software/grep/manual/grep.html.

 - Search for a pattern within a file:
   grep "search_pattern" path/to/file

 - Search for a pattern in all files recursively in a directory, showing line numbers of matches, ignoring binary files:
   grep [-rnI|--recursive --line-number --binary-files=without-match] "search_pattern" path/to/directory

Filtrer et manipuler du texte

On peut rechercher/manipuler du contenu de fichier avec awk :

  • Afficher la première colonne
$ awk "{print $1}" document.txt
  • Afficher la troisième colonne en précisant le séparateur ;
$ awk -F';' '{print $3}' fichier.csv
  • Afficher la troisième colonne si la deuxième colonne a une valeur plus petite que 10
$ awk -F';' '$2 < 10 {print $3}' fichier.csv

Il est possible de préciser le séparateur de sortie -OFS. Plus d’exemples en TP !

On peut également utiliser sed pour opérer des substitutions :

  • Substituer une chaîne de caractère (-i en place):
for f in *.yaml; do echo "Processing $f"; sed -i "s/image_size: 1024/image_size: 256/g" $f ;done
  • Insérer un copyright en tête de tout les fichiers sources C++ (cf info sed)
sed -i '1i/*\n * Copyright (C) FOO BAR\n * Created by Jane Doe\n */' *.cpp

On peut aussi utiliser des classes de caractères

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/filtrage/

Manipuler/Annoter/Rédiger un rapport

Manipuler/Annoter des documents PDF

On peut :

  • manipuler les pages d’un pdf avec pdftk
  • directement annoter/signer un PDF avec xournal++ (ou directement dans thunderbird)
$ tldr pdftk
pdftk

PDF toolkit.
More information: https://www.pdflabs.com/docs/pdftk-man-page/.

 - Extract pages 1-3, 5 and 6-10 from a PDF file and save them as another one:
   pdftk input.pdf cat 1-3 5 6-10 output output.pdf

 - Merge (concatenate) a list of PDF files and save the result as another one:
   pdftk file1.pdf file2.pdf ... cat output output.pdf
...

Xournalpp

Xournalpp

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/pdf/

Ecrire un rapport en LaTex

Les outils de base peuvent être:

  • un IDE (e.g. VSCode) pour écrire le rapport en LaTex associé à un moteur de compilation (e.g. TexLive), un moteur de production (e.g. Makefile, latexmk)
\begin{document}

\section{Introduction} 

Il est indéniable que la plus équation mathématique reste $e^{i\pi} + 1 = 0$
\end{document}

Templates latex : https://latextemplates.com/

Un document LaTex va gérer :

  • la mise en page
  • la compilation d’images (e.g. Tikz)
  • les références croisées \label{sec:masection} ... \ref{sec:masection}
  • les références bibliographiques au format bibtex \cite{Euler1748}
@book{Euler17482,
  added-at = {2024-02-13T09:54:26.000+0100},
  author = {Euler, L.},
  publisher = {Apud Marcum-Michaelem Bousqujet & Socio},
  title = {{Introductio in analysin infinitorum}},
  volume = 2,
  year = 1748
}

Ecrire un rapport en Markdown

Les outils de base peuvent être:

  • un IDE (e.g. VSCode) pour écrire le rapport en markdown associé à un moteur de compilation (e.g. quarto)
# Introduction

## L'origine du monde {#sec-origine}

L'origine du monde est une oeuvre peinte par Gustave Courbet, exposée au musée d'Orsay depuis 1995. Cette oeuvre est représentée sur la figure @fig-origine.

![L'origine du monde - Gustave Courbet](./Figs/origine_du_monde.png){#fig-origine}

## Un peu de python ?

```{python}
#| label: fig-line-plot
#| fig-cap: "A line plot "

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([1,23,2,4])
plt.show()
```

Exemples Quarto : https://quarto.org/docs/gallery/

Un document Markdown/Quarto va gérer :

Voir par exemple le Tutorial Quarto / VS Code

Réaliser une présentation

Produire des transparents en markdown

On peut “coder des slides” (plutôt que du drag/drop clique bouton) en utilisant Quarto/Markdown

---
title: "Les outils du logiciel libre pour l'ingénieur"
author: "Jérémy Fix"
institute: "CentraleSupélec"
date: last-modified
---

# Syllabus

## Contenu du cours

::: {.callout-note}
### Philosophie du cours

Vous introduire au monde du logiciel libre (*free software*) avec sa dimension philosophique et
pratique.

[Free software $\neq$ free beer](https://www.gnu.org/philosophy/selling.html). 

:::

...

Les supports peuvent être générés en HTML (dynamique), PDF (statique).

Voir par exemple les slides de ce cours

Manipuler des images, des vidéos

Manipuler des images, des vidéos

On peut éditer des images/vidéos avec :

  • imagemagick et ses outils convert ou mogrify pour le traitement par lot
  • des outils graphiques comme gimp, inkscape, … et produire des images vectorielles (e.g. pdf, svg)
  • des langages de programmation, e.g. tikz intégrable dans vos documents LaTex/Markdown
  • ffmpeg / avconv pour les vidéos

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/images/, https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/vectoriel/

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/video/

Interagir avec une machine distante

Interagir avec une machine distante

On peut accéder à des machines distantes pour :

  • accéder à des fichiers, e.g. scp, rsync, sshfs, mount
  • y éditer du code, lancer du code, e.g; ssh
  • accéder à un bureau graphique, e.g. vnc
  • conserver une session active sur une machine distante avec screen, byobu

Pour se connecter sur ces plateformes, différents systèmes d’authentification existent :

  • basé sur un mot de passe
  • basé sur une clé SSH (chiffrement symétrique)

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/remote/

Produire un site web

Produire un site web

Différents outils permettent de produire des sites web :

Les sites web statiques peuvent être générés et livrés par de l’intégration continue sur la plateforme qui héberge votre dépôt GIT !

Le site du cours https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/ est produit avec mkdocs, voir les sources, voir Figure 1.

https://jeremyfix.github.io/OutilsLibres/outils/web/

Automatiser des tâches

Introduction

La production d’un fichier peut dépendre d’autres fichiers qui peuvent dépendre… e.g. un rapport latex -> pdf qui nécessite des illustrations

La production d’une dépendance peut nécessiter l’exécution d’un programme, e.g. une illustration PDF produite à partir d’un fichier source ipe

Un moteur de production permet “d’automatiser l’ensemble des actions contribuant, à partir de données sources, à la production d’un ensemble logiciel opérationnel” :

  • assez général : make, rake, scons, waf
  • spécifique Qt/C++ : qmake,
  • spécifique Java : ant, maven,
  • utilisables pour plusieurs langages : gradle

Exemple : compiler des sources C++

Exemple de Makefile pour compiler un projet C++, illustrant les variables automatiques

TARGET=app

SRCS=$(wildcard src/*.cpp)
OBJS=$(patsubst %.cpp,%.o, $(SRCS))

# Default target
all: $(TARGET)

# Links the executable
$(TARGET): $(OBJS)
  g++ -o $@ $^

# Build the object files from the sources
%.o: %.cpp
    $(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@

# Clean up up the project tree
clean:
    rm -f $(OBJS) $(TARGET)

# Phony targets are executed even if files called "clean" or "all" exist
.PHONY: clean all

Exemple : compiler un rapport LaTex

Exemple de Makefile utilisé pour générer le support de cours Architecture des ordinateurs

IPE_SOURCES=$(wildcard Figs/*.ipe)
IPE_PDF=$(patsubst %.ipe,%.pdf,$(IPE_SOURCES))
SOURCES=$(wildcard *.tex)

support.pdf: $(SOURCES) ipe_pdf
        latexmk -pdf support.tex

clean:
        rm -f *~ *.aux *.log

ipe_pdf:$(IPE_PDF)
        @echo "ipe to pdf conversion done"

Figs/%.pdf: Figs/%.ipe
        @ipetoipe -pdf $^ 2> /dev/null
        @echo "$@ generated"

ascii_table.pdf:ascii_pdf.tex
        latexmk -pdf ascii_pdf.tex
        pdfcrop ascii_pdf.pdf
        pdftk A=ascii_pdf-crop.pdf cat A2 output ascii_table.pdf

.PHONY: clean ipe_pdf

Versionner du code : une introduction au vocabulaire GIT

Mais pourquoi ?

Un code versionné permet :

  • le travail collaboratif sur la “même base de code” : développement parallèle avec des branches,
  • de garder un historique des modifications,
  • de revenir en arrière sur des modifications ou conserver différentes versions simultanément

Un code peut être versionné :

Plusieurs systèmes de versionning existents (e.g. svn, mercurial, git)

Les à-côtés

Des plateformes comme github / gitlab offrent plus que du versionning :

  • intégration et déploiement continue CI/CD pour :

    • lancer des tests unitaires
    • générer et rendre accessible la documentation d’un projet
    • livrer une librairie, e.g. python sur pypi

  • receuillir des issues

  • historiser les fusions merge via des merge requests

  • organiser les tâches dans des tableaux de bord

  • héberger un site web (gitlab pages), des images docker, etc…

Votre projet GIT peut être local, ou synchronisé avec un serveur remote (e.g. github, gitlab auto-hébergé, …).

Si synchronisé avec un serveur distant : git push, git pull

Les status d’un fichier dans un dépôt GIT

GIT prends des instantannés snapshots de votre répertoire, appelés commit associé à un commit-id.

De Pro Git :

Structure d’un projet GIT

Structure d’un projet GIT

Status d’un fichier

Status d’un fichier

Commandes utiles :

  • git status, git add, git rm, git commit (et git push/pull)
  • git log --oneline --decorate --graph --all

Commit history

Commit history

Branches

Pourquoi les branches :

  • pour le travail collaboratif et développer une fonctionnalité “dans son coin”
  • pour développer une fonctionnalité sans impacter une version “stable”, en production
  • pour tester une idée sans impacter une version “stable”, en production

Les branches sont des étiquettes dans l’arbre des commits.

Illustrations des branches sur le projet torchcvnn

Illustrations des branches sur le projet torchcvnn

Commandes utiles : git branch -a, git checkout -b <branch_name>, git checkout <branch_name>

Fusion

Merge (request) :

  • une fois la fonctionnalité finalisée
  • ajout sur la branche principale (main ou master en général)

Le merge peut être soumis à relecture Pull Request (PR)

⚠ Vous pouvez être confronté à des conflits :

  • git balise les conflits
  • il vous revient de résoudre le conflit puis de commiter la résolution
<<<<<<< HEAD
...
=======
....
>>>>>>> 88d5ca52613a

Fin

Merci pour votre attention

La suite en TP !