DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Sistemi Operativi Marco D. Santambrogio – Ver. aggiornata al 27 Maggio 2015.

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1 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Sistemi Operativi Marco D. Santambrogio – marco.santambrogio@polimi.it Ver. aggiornata al 27 Maggio 2015

2 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 3za prova in itinere 25 Giugno 2015  I.01 @ 8.15am - da Abba' a Contardi  S02 @ 10.15am - da Conti a Luraghi 2

3 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 3za prova in itinere 25 Giugno 2015  I.01 @ 8.15am - da Abba' a Contardi  S02 @ 10.15am - da Conti a Luraghi Modalità  2 temi d’esame 3 exe a tema d’esame  2 ore 3

4 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONEAgenda Intro e un po’ di storia Accenni sul funzionamento di un SO 4

5 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Cosa vediamo adesso… Intro e un po’ di storia Accenni sul funzionamento di un SO 5

6 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 6 Il sistema Operativo Il sistema operativo (SO) è uno strato software che nasconde agli utenti i dettagli dell’architettura hardware del calcolatore Fornisce diverse funzionalità ad alto livello che facilitano l’accesso alle risorse del calcolatore Supporta l’esecuzione dei programmi applicativi definendo una macchina virtuale, cioè un modello ideale del calcolatore, sollevando il software applicativo dal compito di gestire i limiti delle risorse disponibili

7 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 7 Tipi di Sistema Operativo Esistono diversi tipi di sistema operativo, ma in generale si possono dividere in:  Monoutente e monoprogrammato Esecuzione un solo programma applicativo alla volta Viene utilizzato da un solo utente per volta Esempio: DOS  Monoutente e multiprogrammato (multitasking) Consente di eseguire contemporaneamente più programmi applicativi Esempio: Windows 95  Multiutente Consente l’utilizzo contemporaneo da parte di più utenti E’ inerentemente multiprogrammato Esempio: Linux

8 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Come è iniziato tutto… 8

9 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Le generazioni 40’: Prima generazione  E’ in realtà difficile parlare di SO 50’: Seconda generazione  La General Motors Research Laboratories crea il 1mo SO per l’IBM 701 60’: Terza generazione  Multiprogramming, più programmi simultaneamente nella memoria centrale  Time-sharing 70’-90’: Quarta generazione  Circuiti LSI (Large Scale Integration) Nascita dei Personal Computer 00’: Quinta generazione  Sistemi multicore 9

10 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONEUNIX 1969: La storia di UNIX inizia nei laboratori Bell della AT&T 1973: La svolta, UNIX viene scritto in C. 1975: Viene scritta la Versione 6 di UNIX  Divenne largamente utilizzata anche fuori dai laboratori Bell  Il problema/il vantaggio: Essendo allora UNIX libero, ogni venditore di macchine si faceva una versione proprietaria esclusiva, un po' diversa ed spesso incompatibile con le versioni degli altri venditori 10

11 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 11

12 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE*NIX 12

13 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE GNU Operating System 1984: Nasce il progetto GNU  GNU’s Not Unix GNU è un sistema operativo tipo Unix distribuito come SW libero Il Kernel di GNU è Hurd  Kernel in continuo sviluppo  GNU/Linux Nota: il kernel (nucleo) è un programma che si occupa di dare le funzionalità di base per il funzionamento di un computer 13

14 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONELinux 1991: Nascita di Linux  Linus Torvalds  Si scontra in un newsgroup Usenet con il professor Andrew Tanenbaum Tanenbaum è l’invetore di Minix Divieto di modifcare il codice per fini non educational e sotto approvazione dell’autore Kernel monolitici Vs microkernel 14

15 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE microkernel Vs kernel modulare microkernel  kernel minimale con “lo stretto indispensabile” ad utilizzare l’hardware  si scrivono tutti i servizi (chiamate di sistema) in user- space comunicano direttamente con il kernel minimale le altre applicazioni in user-space possono decidere di utilizzare le chiamate di sistema o riferirsi direttamente al microkernel. kernel monolitico  Tutto quanto necessario ad usare il sistema e a fornirne un utilizzo ai programmi che vi girano è programmato in un unico programma (monolitico) che gira in kernel-space 15

16 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Linux e la sua comunità I LUG: Linux User Group  Associazioni senza fine di lucro  Diffondere l’uso del SW Libero  Diffondere l’uso dei SO basati sul kernel di Linux Il Linux DAY  Evento per la promozione del SW libero e dei sistemi basati su Linux 16

17 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE shell di DOS 17

18 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONEDOS CP/M  Control Program for Microcomputers  Gary Kildall della Digital Research 1980: 86-DOS/QDOS  Quick and Dirty Operating System  Tim Paterson della Seattle Computer Products 1981:  Luglio: Microsoft compra per$50K(?) l’86-DOS  Agosto: Microsoft Disk Operating System MS-DOS 1.0 18

19 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Dopo DOS… 19

20 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONEWindows Nov. 1983: Annuncio di Windows Nov. 1955: Windows 1.0 rilasciato 1998: Windows 98 2000: Windows 2000 2001: Windows XP 2007: Windows Vista 2009: Windows 7 kernel ibrido  microkernel fatto comunicare tramite messaggi con i restanti servizi, tutto in kernel-space 20

21 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Mac OS e Mac OS X 1984: Mac OS  Macintosh Operating System  Primo OS ad usare con successo una GUI ‘86-’95: NextSTEP (’98 Rhapsody)  kernel Mach (microkernel)  Objective-C  Gestione orientata agli oggetti Diventerà Cocoa Mac OS X  Rhapsody + Mac OS 21

22 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 22 Time #Cores 2007 1 2006 2 4 32 2014 Quad core 2005 64 cores Dual core 1000 cores Intel Sun N Cores 8-24 cores Il mondo dell’informatica è pronto per una rivoluzione Larrabee Calcolo parallelo

23 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Sistemi Operativi per multicore Barrelfish Operating System  @ ETH  http://www.barrelfish.org/ K42/Tornado OS  @ IBM/Uniersity of Toronto  http://www.eecg.toronto.edu/~tornado/ fos: Factored Operating System  @ MIT  groups.csail.mit.edu/carbon/fos Tessellation OS  @ Berkeley  http://tessellation.cs.berkeley.edu/ 23

24 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Cosa vediamo adesso… Intro e un po’ di storia Accenni sul funzionamento di un SO 24

25 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 25 Il SO e la macchina reale CPU A, B, C, D RAM A B C D bus utilizzo a rotazionesuddivisione in blocchi Periferiche A, B, C, D utilizzo a rotazione

26 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 26 Il SO e le macchine virtuali Il sistema operativo può gestire più processi simultaneamente Rende quindi visibile ad ogni processo una macchina virtuale ad esso interamente dedicata e quindi con risorse proprie  nella figura OD = other devices (altri dispositivi) CPU ARAM A OD A HD A Rete AI/O A proc. A CPU BRAM B OD B HD B Rete BI/O B proc. B CPU DRAM D OD D HD D Rete DI/O D proc. D CPU CRAM C OD C HD C Rete CI/O C proc. C bus

27 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 27 Architettura del SO Il SO è tipicamente organizzato a strati Ciascun strato costituisce una macchina virtuale che gestisce una risorsa del calcolatore Le principali funzionalità offerte sono:  La gestione dei processi  La gestione della memoria  La gestione delle periferiche (tra cui la rete)  La gestione del file system  La gestione dell’interfaccia utente Le prime tre funzionalità sono indispensabili per il funzionamento del sistema e pertanto costituiscono il nucleo del SO (Kernel) Programmi utente Interprete comandi File system Gestione delle periferiche Gestione della memoria Gestione dei processi Macchina fisica Kernel

28 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 28 Gestione dell’interfaccia utente Il SO fornisce un interprete dei comandi inseriti dall’utente attraverso la tastiera o il mouse L’interfaccia utente può essere  Testuale (esempio: DOS)  Grafica (esempio: Windows) Consente l’inserimento di diversi comandi:  Esecuzione di programmi applicativi  Operazioni sulle periferiche  Configurazione dei servizi del SO  Operazioni sul file system (creazione, rimozione, copia, ricerca, ecc.)

29 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 29 Gestione del file system Il SO si occupa di gestire i file sulla memoria di massa:  Creare un file  Dargli un nome  Collocarlo in un opportuno spazio nella memoria di massa  Accedervi in lettura e scrittura Gestione dei file indipendente dalle caratteristiche fisiche della memoria di massa I file vengono inclusi all’interno di directory (o cartelle, o cataloghi)  In genere, le directory sono organizzate ad albero

30 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 30 La struttura ad albero

31 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 31 Organizzazione dei file A ciascun utente è normalmente associata una directory specifica, detta home directory Il livello di protezione di un file indica quali operazioni possono essere eseguite da ciascun utente Ciascun file ha un pathname (o nome completo) che include l’intero cammino dalla radice dell’albero Il contesto di un utente all’interno del file system è la directory in cui correntemente si trova

32 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 32 Gestione delle periferiche Sono meccanismi software a cui è affidato il compito di trasferire dati da e verso le periferiche Consentono ai programmi applicativi di leggere o scrivere i dati con primitive di alto livello che nascondono la struttura fisica delle periferiche  e.g., nel sistema Unix le periferiche sono viste come file speciali

33 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 33 Gestione dei processi Il SO multiprogrammato e multiutente si occupa di gestire l’esecuzione concorrente di più programmi utente La CPU del calcolatore (o le CPU nei sistemi multiprocessore) deve essere distribuita in maniera opportuna fra i programmi da eseguire Ogni programma eseguito ha a disposizione una macchina virtuale realizzata dal SO che ne consente l’esecuzione come se la CPU del calcolatore fosse interamente dedicata a esso

34 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 34 Che cosa è un processo per il SO? Processo ≠ programma ! Processo = esecuzione di un programma, composto da:  codice eseguibile (il programma stesso)  dati Lo stesso programma può essere associato a più processi:  Un programma può essere scomposto in varie parti e ognuna di esse può essere associata a un diverso processo  Lo stesso programma può essere associato a diversi processi quando esso viene eseguito più volte, anche simultaneamente

35 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Processi e strutture dati Ad un processo sono associate le seguenti strutture dati:  Uno o più segmenti di codice  Uno o più segmenti di memoria dati  I descrittori di eventuali risorse in uso (file, finestre, periferiche, ecc.)  Uno o più thread Un processo consta di tre zone di memoria chiamate regioni: dati, codice e stack 35

36 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ricordate la… visibilità Livello globale main f1 g1,g2,g3 a,b a,c a,d d blocco1 blocco2 blocco3 char g1, g2, g3; main() { int a, b; … {/*blcco1*/ double a,c; } … } void f1(){ … {/*blocco2*/ char a,d; } … {/*blocco3*/ float d … }

37 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ambiente di esecuzione L’ambiente di esecuzione di una funzione (variabili e parametri formali) viene creato al momento della chiamata e rilasciato quando la funzione termina In una sequenza di chiamate, l’ultima chiamata è la prima a terminare La zona di memoria di lavoro che contiene l’ambiente di esecuzione di un sottoprogramma è gestito con la logica di una pila (stack)  L’ultimo elemento inserito nello stack è il primo ad essere estratto  Logica LIFO (Last In First Out) 37

38 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ambiente di esecuzione: esempio 38 void a (); void b(); void c(); main(){ … a(); … } void a (){ printf(“Esecuzione di a\n”); b(); printf(“Termine di a\n”); } void b(){ printf(“Esecuzione di b\n”); c(); printf(“Termine di b\n”); } void c(){ printf(“Esecuzione di c\n”); … printf(“Termine di c\n”); } Esecuzione di a Esecuzione di b Esecuzione di c Termine di c Termine di b Termine di a Ambiente a Ambiente b Ambiente c

39 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Record di attivazione Alla chiamata di una funzione  si alloca uno spazio di memoria (record di attivazione) in cima allo stack per contenere i parametri formali e le variabili locali  lo spazio viene rilasciato quando la funzione termine (ricordate la funzione swap senza puntatori?) Il record di attivazione contiene:  L’ambiente locale della funzione  L’indirizzo di ritorno al chiamante Funzionamento:  Ad ogni attivazione viene allocato un record di attivazione  Al termine dell’attivazione il record viene rilasciato (l’area di memoria è riutilizzabile)  La dimensione del record di attivazione è già nota in fase di compilazione  Il numero di attivazioni della funzione non è noto  Il primo record di attivazione è destinato al main() 39

40 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Lo stack Nello stack, i record vengono allocati “uno sopra l’altro”; il primo record dello stack è relativo all’ultima funzione attivata e non ancora terminata Lo stack cresce dal basso verso l’alto Stack pointer: registro della CPU che contiene l’indirizzo della cima della pila Una parte della RAM è destinata a contenere lo stack  Stack overflow: quando l’area della RAM destinata allo stack viene superata (troppi annidamenti di chiamate) 40 312 311 310 303... Operazione di inserimento: -incremento SP -scrittura in parola indirizzata da SP Operazione di estrazione: -lettura da parola indirizzata da SP -decremento SP SP

41 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONEProblema Si scriva un programma in C che, preso un Cubo di char, lo stampa a video  La dimensione del cubo è 2x2x2 41

42 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Soluzione: cubo di caratteri 42

43 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Soluzione: cubo di caratteri 43

44 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Soluzione: cubo di caratteri 44

45 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Soluzione: cubo di caratteri 45

46 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Soluzione: cubo di caratteri 46

47 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ma se… Si scriva un programma in C che, preso un Cubo di char, lo stampa a video  La dimensione del cubo è 1000x1000x1000 47

48 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ma se… Si scriva un programma in C che, preso un Cubo di char, lo stampa a video  La dimensione del cubo è 1000x1000x1000 48

49 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ma se… 49

50 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Ma se… 50 Stack Overflow: 10 3 x10 3 x10 3 =10 9

51 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 51 Lo stato di un processo Lo stato del processo può essere distinto fra stato interno e stato esterno. Lo stato interno indica:  la prossima istruzione del programma che deve essere eseguita;  i valori delle variabili e dei registri utilizzati dal processo. Lo stato esterno indica se il processo è:  in attesa di un evento, ad es. la lettura da disco o l’inserimento di dati da tastiera;  in esecuzione;  pronto per l’esecuzione, e quindi in attesa di accedere alla CPU.

52 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stato di un processo (1) In esecuzione: assegnato al processore ed eseguito da esso Pronto: può andare in esecuzione, se il gestore dei processi lo decide In attesa: attende il verificarsi di un evento esterno per andare in stato di pronto 52 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore

53 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stato di un processo (2) I processi appena creati sono messi in stato di pronto Il kernel decide quale processo pronto mettere in stato di esecuzione Il kernel assegna il processore a un processo per un quanto di tempo  Coda dei processi pronti  Round-robin  Priorità dei processi 53 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore P1P2

54 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stato di un processo (3) Il processo in esecuzione passa in stato di attesa se richiede operazioni di I/O (interruzione interna)  Corrisponde alla esecuzione dell’istruzione “chiamata supervisore” (SuperVisor Call, SVC) 54 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore P1P2

55 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stato di un processo: cambio contesto  Cambiamento di contesto: Salvare il contesto di P1 nel suo descrittore di processo  Il processore è ora libero, un altro processo passerà in esecuzione 55 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore P1P2

56 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stati di un processo (5)  Quando l’operazione di I/O è finita viene generata una interruzione esterna  Il processo in esecuzione viene interrotto  Il kernel esegue il gestore delle interruzioni che esegue le azioni opportune  P1 può tornare pronto  Il kernel sceglie quale processo mandare in esecuzione 56 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore P1P2

57 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Stato di un processo: Preemption  Preemption: quando il quanto di tempo è scaduto, il kernel interrompe il processo in esecuzione  Si cerca di garantire un uso equo della CPU a tutti i processi 57 Processo in esecuzione Processo pronto Processo in attesa Inizio esecuzione Primo processo pronto - Fine quanto di tempo - Interruzione esterna Interruzione interna Evento esterno atteso - Fine esecuzione - Abort per errore P1P2

58 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 58 Gestione della memoria La gestione concorrente di molti programmi applicativi comporta la presenza di molti programmi in memoria centrale Il SO offre a ogni programma applicativo la visione di una memoria virtuale, che può avere dimensioni maggiori di quella fisica Per gestire la memoria virtuale il SO dispone di diversi meccanismi:  Rilocazione  Paginazione  Segmentazione

59 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 59 E’ un modello lineare La memoria è una sequenza di celle numerate da 0 fino a un valore massimo M Il numero che identifica ogni cella è detto indirizzo La dimensione della cella dipende dal tipo di calcolatore (per noi sarà di 8 bit, ossia un byte) MEMORIA 0 1 2 M Il SO e la gestione della memoria

60 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 60 Spazio di indirizzamento Lo spazio di indirizzamento è il numero massimo di indirizzi possibili della memoria Dipende dalla lunghezza in bit degli indirizzi Se gli indirizzi sono lunghi N bit, lo spazio di indirizzamento è di 2 N celle Tutte le celle devono essere indirizzabili (cioè devono avere un indirizzo), quindi  Dimensione memoria  Spazio indirizzamento Le dimensioni della memoria sono generalmente espresse in:  KB (Kilobyte) = 2 10 byte  MB (Megabyte) = 2 20 byte  GB (Gigabyte) = 2 30 byte

61 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 61 Memoria virtuale vs. fisica La memoria virtuale e quella fisica non coincidono per i seguenti motivi:  nella memoria fisica risiedono contemporaneamente il SO e i diversi processi  conviene mantenere nella memoria fisica una sola copia di parti di programmi che sono uguali in diversi processi (memoria condivisa) Per evitare la frammentazione della memoria (spazi vuoti in memoria inutilizzabili) è utile allocare i programmi suddividendoli in pezzi La memoria fisica può essere insufficiente a contenere la memoria virtuale di tutti processi Gli indirizzi contenuti in un programma eseguibile sono indirizzi virtuali e fanno riferimento alla memoria virtuale La memoria effettivamente presente nel calcolatore è la memoria fisica e i suoi indirizzi sono detti indirizzi fisici

62 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE MEMORIA Processo P Problema della frammentazione Sistema Operativo Processo Q Processo R Processo S MEMORIA Sistema Operativo Processo P Processo Q Processo R Processo S (1) Processo S (2)

63 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 63Paginazione Si rinuncia ad avere una zona contigua della memoria fisica per ciascun processo La memoria virtuale del programma viene suddivisa in porzioni (pagine virtuali) di lunghezza fissa (pot. di 2, e.g., 4K) La memoria fisica viene divisa in pagine fisiche della stessa dimensione Le pagine virtuali di un programma vengono caricate in altrettante pagine fisiche, non necessariamente contigue

64 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE MEMORIA VIRTUALE Q MEMORIA VIRTUALE P MEMORIA FISICA dimensione pagina Paginazione: esempio

65 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 65 Memory Management Unit Per accelerare la traduzione da NPV (Numero Pagina Virtuale) a NPF (Numero Pagina Fisica) si ricorre allora alla MMU La MMU è una memoria particolarmente veloce (memoria associativa) dalle dimensioni ridotte, contenente le informazioni per la traduzione da NPV a NPF delle pagine più utilizzate Visto che gli NPV e gli NPF si riferiscono alle pagine di un processo, ogni volta che il processo in esecuzione cambia la MMU dovrebbe essere tutta riscritta Per evitare ciò si aggiunge una colonna che dice a quale processo appartengono le pagine e un registro che dice qual è il processo attualmente in esecuzione

66 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Gerarchiadi memoria 66

67 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 67 Pagine residenti e non Durante l’esecuzione di un programma solo un certo numero delle sue pagine virtuali è caricato in altrettante pagine fisiche Tali pagine sono dette pagine residenti A ogni accesso alla memoria si controlla che all’indirizzo virtuale corrisponda una pagina residente, altrimenti si produce un interrupt di segnalazione di errore detto page-fault Il processo viene sospeso in attesa che la pagina richiesta venga caricata in memoria, eventualmente scaricando su disco una pagina già residente per liberare lo spazio necessario

68 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE 68 La memoria cache Obiettivo:  fornire agli utenti una memoria grande e veloce  fornire al processore i dati alla velocità con cui è in grado di elaborarli Problema: Il tasso di crescita nella velocità dei processori non è stato seguito da quello delle memorie  Tempo di accesso alle SRAM (Static Random Access Memory): 2 - 25ns al costo di $100 - $250 per Mbyte.  Tempo di accesso alle DRAM (Dynamic Random Access Memory): 60-120ns al costo di $5 - $10 per Mbyte.  Tempo di accesso al disco: da 10 a 20 million ns al costo di $0.10 - $0.20 per Mbyte. Il problema della memoria: costo vs. prestazioni

69 DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE Fonti per lo studio + Credits Fonti per lo studio  Il Sistema di elaborazione, Slide Info B, M. D. Santambrogio  Informatica arte e mestiere, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, McGrawHill Capitolo 2  Introduzione ai sistemi informatici, D. Sciuto, G. Buonanno, L. Mari, 4a Ed, McGrawHill Capitolo 1, 2, 5  The Art & Craft of Computing, S. Ceri, D. Mandrioli, L. Sbattella, Addison-Wesley Capitolo 2 Approfondimenti  Struttura e progetto dei calcolatori, D. A. Patterson, J. Hennessy, 3a Ed, Zanichelli Capitolo 1, 2 Credits  Prof. G. Buonanno e D. Sciuto, LIUC 69