Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Chimiche corso di Informatica Generale Paolo Mereghetti DISCo – Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Comunicazione

Sistema Operativo Prima parte

Sistema Operativo: punto di vista funzionale Insieme di programmi (componente sw) che interagiscono e cooperano per –Gestire in modo efficace ed efficiente l’elaboratore e le sue periferiche –Creare un “ambiente virtuale” per facilitare l’interazione uomo-macchina: il SO opera sull’hw isolando gli utenti dai dettagli dell’architettura hw e fornendo loro un insieme di funzionalità di alto livello (es. linguaggio di comandi per interagire con la macchina) Alcuni esempi di SO: DOS, MS-Windows, Mac System X, UNIX, LINUX

Sistema Operativo: Punto di vista strutturale Struttura a “buccia di cipolla”: insieme di strati funzionali in cui ogni livello –Fornisce funzionalità e servizi diversi –Maschera le caratteristiche della macchina hw –Si basa sulle funzioni e servizi offerti dagli altri livelli Kernel Gestione delle risorse Interfaccia comandi

Sistema Operativo: diverse tipologie Monoutente (Personal Computer) vs Multiutente (più utenti possono operare contemporaneamente sul medesimo elaboratore) Monoprogrammato (un solo programma) vs Multiprogrammato (più programmi possono essere eseguiti “contemporaneamente”) In ambiente multiprogrammato (multiutente) il SO maschera la presenza di altri programmi in esecuzione (utenti) –Gestione risorse in modo condiviso tra i diversi processi (utenti) –Gestione interazione di diversi processi (utenti)

Sistema Operativo: principali servizi offerti Accensione e creazione ambiente virtuale Gestione del processore e dei processi Gestione memoria principale Gestione memoria virtuale Gestione memoria secondaria (File System) Controllo e gestione delle periferiche di I/O (driver) Interazione uomo/macchina (Interprete comandi)

Avviamento dell’elaboratore: fase di bootstrap Caricamento di una parte del SO in memoria principale –Programmi per gestione processi –Programmi per gestione memoria –Programmi per gestione periferiche Identificazione delle risorse hw e inizializzazione dei relativi programmi di gestione Esecuzione programmi antivirus...

Gestione dei Processi “Processo = programma in esecuzione” P.S. ad ogni programma in esecuzione possono corrispondere più processi Oggetto dinamico (vs programma = oggetto statico) Esecuzione di un processo –Il programma è prelevato dal disco (memoria secondaria) –Portato in memoria centrale –Attivato

Evoluzione dei processi – diagramma stati/transizioni In esecuzione Pronto In attesa Fine esecuzione Inizio esecuzione Evento esterno atteso Interruzione esterna generata dal SO Interruzione interna

Interruzioni Interna: generata dal processo stesso –Il processo passa dallo stato In Esecuzione a In Attesa –Per una buona logica di gestione dei processi (es. se il processo è in attesa di un input dall’utente o da un altro programma è inutile che tenga occupata l’unità di elaborazione) Esterna: generata da un processo diverso dal processo in esecuzione –Dal SO  politiche di gestione dei processi (es. Round-Robin) Da In Esecuzione a Pronto –Dai programmi di gestione delle periferiche (es.l’utente ha inserito un input da tastiera...) da In Attesa a Pronto

Modalità di esecuzione in ambienti multi-tasking (1) Modalità batch –Per l’esecuzione di programmi caratterizzati da lunghe elaborazioni non interattive (es. calcoli matematici) –Un programma in esecuzione non viene interrotto: il processo i-esimo parte solo quando si è conclusa l’elaborazione del processo (i-1)-esimo Modalità real-time –Per programmi che possono necessitare un’esecuzione immediata (es. sistemi di controllo di volo, impianti di sicurezza)

Modalità di esecuzione in ambienti multi-tasking (2) Modalità time-sharing –Tempo di elaborazione suddiviso fra vari processi: alternanza dei programmi in esecuzione –Il processore inizia un processo, ma lo può sospendere per dedicarsi a un altro e poi tornare al processo sospeso –L’utente ha comunque la sensazione di avere un processore dedicato

Modalità Batch: come il triathlon I tre processi nuoto, bici, corsa vengono iniziati e portati alla fine senza interruzioni Le risorse di ogni processo (cuffia e occhialini, scarpette e casco) vengono caricate all’inizio del processo e rilasciate alla fine NUOTOBICICORSA

Time-sharing come il duathlon Dopo la prima corsa salvo le risorse (tolgo le scarpe da corsa) e carico quelle per la bici (scarpette e casco); alla fine scambio di nuovo per ripartire a piedi CORSABICICORSA

Modalità d’esecuzione – time- sharing Percezione che P1 e P2 siano eseguiti contemporaneamente Dal punto di vista del processore, viene eseguito un solo processo alla volta P1P2P1 Pronto In esecuz Dal pto di vista di P1 Dal punto di vista di P2 Pronto

Gestione della Memoria Principale L’esecuzione di un programma richiede che esso risieda (con i dati su cui opera) in memoria principale Gestire della memoria –Gestione memoria principale “reale”: condivisione della memoria –Gestione memoria virtuale – realizzazione di una visione astratta della memoria reale (secondaria) per estendere le potenzialità della memoria principale

Gestione della Memoria Reale Condivisione da parte dei processi delle celle di memoria Partizione della memoria con allocazione –contigua –non contigua Sistema Operativo Processi 0 X X+1 N

Problemi che il SO deve gestire per la condivisione della memoria Quante partizioni? Quale dimensione? Partizioni statiche e definite a priori o dinamiche? Quali processi nelle varie partizioni? Come si tiene traccia dei vari processi in esecuzione (es. stato)? Come si proteggono i dati dei vari processi tra loro?

Gestione della Memoria Virtuale Necessaria in particolare per sistemi multiprogrammati e multiutente (elevati requisiti di memoria) Il SO operativo fornisce una visione astratta in cui i vari processi (e utenti) hanno a loro disposizione una macchina virtuale (con quantità di memoria per ogni processo o utente pari alla quantità totale di memoria reale) Diverse tecniche (es. Swapping, Demand Paging): tutte richiedono oltre alla memoria principale una memoria secondaria (es. hard disk)

Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Chimiche corso di Informatica Generale Paolo Mereghetti DISCo – Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Comunicazione

Sistema Operativo Seconda parte

File System: Gestione della memoria secondaria Parte del SO per la gestione e strutturazione delle informazioni Insieme di programmi per l’organizzazione –Logica  Fornire all’utente una visione logica dei file (che astrae dall’organizzazione fisica) –Fisica  gestire i file nella memoria secondaria (dischi) e ottimizzare l’utilizzo dello spazio disponibile

File system: Organizzazione logica L’utente deve poter –Organizzare un insieme in file e cartelle i dati –Accedere ai dati –Identificare ogni file con un nome logico –Operare sui file (creare, eliminare, cambiare nome, modificare) –Proteggere i propri file (da accessi non desiderati)

File system: Organizzazione logica DISCO Utenti Sistema Paolo Marco Lezione1 Lezione2 Lezione3 Lezione1 FotoMarco DIRECTORIESFILES

File system: Organizzazione fisica Il SO deve: –Tener traccia dei file memorizzati e della loro posizione fisica sui dischi –Ottimizzare l’utilizzo dello spazio su disco –Diverse tecniche (es. Allocazione contigua, allocazione sparsa)

Gestione delle Periferiche di Input/Output Il SO deve –Fornire all’utente visione astratta dei dispositivi comandi per utilizzare i dispositivi –Ottimizzare l’utilizzo dei dispositivi

Gestione Input/Output I dispositivi sono seriali: possono essere usati da un solo processo alla volta La maggior parte dei dispositivi sono pre- emptive (non interrompibili) Meccanismi di coordinazione delle varie richieste Diverse politiche/strategie per la gestione delle code di processi in attesa di utilizzare una risorsa (es. con priorità, FIFO – First-In-First-Out)

Gestione Input/Output Il SO fornisce un insieme di comandi (linguaggio d’interazione tra utente e sistema) che fornisce una visione astratta del dispositivo Es. –Stampa: per l’utente equivale all’invio di un messaggio, indipendentemente da come avviene il trasferimento dei byte –Lettura dello stato della stampante –Modifica delle caratteristiche della stampa: l’utente utilizza un pannello di controllo, senza curarsi dei dettagli implementativi

Interazione con Utente – Interfaccia Testuale

Interazione con Utente – Interfaccia Grafica