presentazione di powerpoint - computer engineering group · uso di più sistemi operativi s.o....
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Sistemi operativi
Fondamentidi informatica
Michele [email protected]
http://www.ce.unipr.it/people/tomamic
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Sistema operativo
Avviato automaticamente all'accensione
Funzionalità indispensabili per interagire con l'utente ed eseguire gli altri programmi
Intermediario tra l’utente e l’hardware
Compiti principali:
Semplificare l’utilizzo del calcolatore all’utente
Ambiente per eseguire programmi in modo conveniente ed efficiente
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Uso di più sistemi operativi
S.O. pensati per controllo completo PC
Uso contemporaneo → conflitto nella gestione delle risorse della macchina
Possibilità di virtualizzazione
Installare più sistemi operativi, di solito:
Suddividere HD in partizioni separate
Ognuna per un sistema operativo
Caricare il sistema operativo dalla partizione desiderata
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Criteri di classificazione
Funzionalità
Sistemi a lotti(o batch)
Interattivi
Accesso utenti
Mono-utente
Multi-utente
Gestione risorse
Mono-programmazione
Multi-programmazione
Multi-elaborazione
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Sistema operativo a cipolla
Gestore processi (o nucleo): esecuzione programmi sulla CPU
Gestore memoria: allocazione memoria tra i vari programmi
Gestore periferiche: operazioni di I/O che coinvolgono le periferiche
Gestore file: archivi in memoria di massa
Interprete comandi (o shell): attivazione programmi da parte dell'utente
Hardware
Applicazioni
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Gestione dei processi
S.O. multi-tasking: esegue più programmi in contemporanea, associati a processi
Crea e cancella i processi
Decide a quale processo assegnare la CPU
Sospende e riattiva i processi
Inoltre offre meccanismi per:
Sincronizzazione e gestione deadlock
Comunicazione fra processi
Comunicazione con periferiche
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Multi-tasking
CPU singola: non reale parallelismo (in un dato istante, un solo processo in esecuzione)
Time-sharing: ciclicamente, assegnato un intervallo di tempo di esecuzione fissato
Se entro l'intervallo il processo termina
Avviato nuovo intervallo, eseguito altro processo
Se non termina o si blocca (attesa risorsa)
Processo sospeso, avviato nuovo intervallo, eseguito un altro processo
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Ciclo di vita di un processo
AttivoAttivo ProntoPronto
In attesaIn attesa
Salvastato
Ripristinastato
Fine Inizio
TerminatoTerminato NuovoNuovo
In attesa di I/Oo di un evento
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Thread di esecuzione
Più piccola unità di istruzioni che può essere schedulata dal S.O.
Possibile dividere un processo in diversi compiti, in esecuzione concorrente
Stessa base di codice
Condivisione di heap
Condivisione di risorse
→ Mutex e semafori
Diverso stack e stato CPU
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Memoria virtuale
Uno o più programmi possono richiedere più memoria di quella disponibile (primaria)
Meccanismo di gestione della gerarchia di memoria primaria/secondaria
Sfrutta efficacemente la gerarchia
Rende il programma indipendente dalle dimensioni della memoria della macchina
Libera il programmatore dalla gestione dello spazio di memoria fisico
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Gerarchia di memoria
CacheL2
CacheL2
Memoriaprimaria(RAM)
Memoriaprimaria(RAM)
CPU CPU Cache
L1
Il sistema operativo cerca di simulare una memoria grande, economica e veloce
Sk madre, elettronica, 10-8s
Memoria
secondaria
(HDD)
Memoria
secondaria
(HDD)
Meccanica, 10-2s
~1ns, 100KB ~50ns, 4GB ~10ms, 1TB
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Paginazione
Memoria divisa in pagine di uguale dimensione
Ad ogni programma in esecuzione assegnato un certo numero di pagine
Quando l’istruzione da eseguire non è in memoria primaria (page fault)…
Se necessario, una pagina viene spostata da memoria primaria a secondaria
La pagina che contiene l’istruzione viene trasferita in memoria primaria
Principio di località(dati e riferimenti di solito raggruppati)
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Politiche di paginazione
1. Tl: 5, Ta: 6
2. Tl: 5, Ta: 7
3. Tl: 6, Ta:10
4. Tl: 3, Ta: 8
5. Tl: 5, Ta:11
6. Tl: 5, Ta: 7
7. Tl: 6, Ta: 9
8. Tl: 2, Ta:11
9. Tl: 5, Ta: 7
10.Tl: 3, Ta: 9
LRU (Least–Recently–Used)LRU (Least–Recently–Used)
FIFO (First–In–First–Out)FIFO (First–In–First–Out)
Tl: istante di caricamento
Ta: istante di ultimo accesso
Pagine
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Gestione periferiche
Il S.O. permette l’interazione tra i programmi in esecuzione e le periferiche
Fornisce procedure I/O ad alto livello(maschera i dettagli hardware)
BIOS (Basic I/O System): programmi (firmware) per accesso a diversi tipi di periferica
Driver: programmi software che permettono l’accesso ad una specifica periferica
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BIOS
Avvio del computer
Diagnostica e inizializzazione dispositivi interni(es. controllo memoria)
Verifica dei dispositivi collegati esegnalazione eventuali errori
Avvio sistema operativo (da Boot Sector)
Impostazioni del computer
Data e ora, quantità di memoria, numero e tipo dischi, velocità tastiera ecc.
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Polling
In genere periferiche caratterizzate da:
Velocità gestione dati << CPU
Invio dati saltuario e imprevedibile
Necessario un meccanismo per:
Gestire una periferica mentre la CPU compie altre attività
Evitare interrogazioni continue della CPU alle periferiche (polling) per disponibilità dati I/O
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Interruzione
Stato normale di elaborazione: la CPU si disinteressa delle periferiche
1. Una periferica chiede I/O dati: attiva una linea verso CPU (genera una interruzione); quindi:
2. Sospensione processo in esecuzione (salvataggio stato dei registri, per poter riprendere l’elaborazione dopo l'interruzione)
3. Eseguito interrupt handler (trasferimento dati da/verso periferica ecc.)
4. Riattivazione del processo sospeso
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File system
Organizzazione logica deidati in strutture ad albero
Unità disco(alla radice, di solitomemorie di massa)
Cartelle(nodi intermedi)
File (nodi terminali)
Tra i compiti più importanti del S.O.
Semplificazione delle operazioni (alto livello)
Condivisione dati e protezione da accessi esterni
Filesystem
Filesystem
C:C: D:D:A:A:
f1f1 f2f2 c1c1 f1f1 c1c1
f1f1c1c1 f2f2 f1f1 f2f2
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Interprete di comandi
Permette di eseguire programmi e funzioni del S.O.
Riceve i comandi dall'utente
Li interpreta richiamando le funzioni opportune del S.O.
Modalità di interazione con l'utente
Testuale
Grafica
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Sistema multi-utente
Meccanismi per identificare gli utenti
Tecnica più usata: attribuire username e password a ciascun utente
Possibile associare ogni utente con:
Un proprio ambiente personalizzato
Ruoli e permessi per l'accesso a file system e risorse
Un conteggio delle risorse da lui usate
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Classi di software
Software orizzontale
Di utilizzo generale (es. videoscrittura, fogli di calcolo, presentazioni, fotoritocco, disegno vettoriale, basi di dati, gestionali, navigazione e comunicazione, giochi, edutainement...)
Software verticale
Per esigenze di settori specifici (es. hotel)
Applicazioni personalizzate
Software scritto ad hoc per una determinata azienda o cliente (es. sito web)