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I componenti del Sistema Operativo• Un SO viene progettato ed implementato

a moduli• Interfaccia ben definita fra programmi

utente e moduli del SO• Gli aspetti interni dei diversi SO possono

variare notevolmente– requisiti diversi– obiettivi di design diversi

• Primo passo della progettazione:–DEFINIRE GLI SCOPI DEL SO

• In base agli scopi, si definisce il design

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Componenti di un SO

SO

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Componenti di un SO

Gestioneprocessi

SO

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Componenti di un SO

Gestioneprocessi

Gestionememoriacentrale

SO

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Componenti di un SO

Gestionememoria

secondaria SO

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Componenti di un SO

Gestionesistema

I/O

SO

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Componenti di un SO

Gestionefile

SO

Char devices

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Componenti di un SO

Gestionefile

SO

Block devices

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Componenti di un SO

Gestionefile

SO

Block device

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Componenti di un SO

Sistema diprotezione

SO

P1

P2

11

Componenti di un SO

Sistema diprotezione

SO

P1

P2

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Componenti di un SO

GestionereteSO

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Componenti di un SO:il quadro complessivo

Gestioneprocessi

Gestionememoriacentrale

Gestionememoria

secondaria

Gestionesistema

I/O

Gestionerete

Gestionefile

Sistema diprotezione

SO

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Gestione dei processi• Attività principale CPU: esecuzione di

codice• PROCESSO: è un programma in

esecuzione– area codice del processo– area dati del processo– stato del processo

• Tipici processi:– programmi utente– esecuzione driver sistema operativo– servizi (spool di stampa, server Web)

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Gestione dei processi• PROCESSO != PROGRAMMA• Programma: entità passiva– contenuto di un file (codice) scritto su disco

• Processo: entità attiva– può essere eseguito– ha bisogno di tutta una serie di informazioni

aggiuntive per potersi coordinare con altri processi

– due o più processi possono eseguire lo stesso programma

♦sequenze di esecuzione distinte

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Gestione dei processi• Un processo, per svolgere i propri

compiti, ha bisogno di risorse– tempo di CPU, accesso a file, dispositivi I/O

• Le risorse possono essere assegnate al processo:– al momento della sua creazione– durante la sua esecuzione

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Gestione dei processi• Il processo è l'unità di lavoro del SO• SO: caratterizzato da un insieme di

processi– organizzazione ad albero– esecuzione concorrente e sequenziale

♦concorrente: più processi in esecuzione simultaneamente

♦sequenziale: ciascun processo esegue gruppi di istruzioni, una alla volta

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Gestione dei processi• Responsabilità del SO:– creare processi utente e di sistema– cancellare processi utente e di sistema– sospendere e ripristinare processi– fornire meccanismi per la sincronizzazione

di processo– fornire meccanismi per la comunicazione di

processo– fornire meccanismi per la gestione di

situazioni di stallo

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Gestione della memoria centrale• Caratteristiche della memoria centrale:– vasto array accessibile per byte/parole– ciascun elemento della memoria ha il

proprio indirizzo–magazzino di dati velocemente accessibili– condivisa fra CPU e dispositivi di I/O

♦CPU legge istruzioni dalla memoria durante il ciclo di fetch delle istruzioni

♦CPU interagisce con la memoria in r/w durante il ciclo di fetch dei dati

♦Trasferimento efficiente dei dati tramite DMA

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Gestione della memoria centrale• Solitamente, la memoria è l'unico

dispositivo indirizzabile direttamente dalla CPU– i dati del disco, vanno trasferiti in memoria

attraverso richieste di I/O, prima di poter essere utilizzati

– le istruzioni vanno trasferite in memoria centrale prima di poter essere eseguite

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Gestione della memoria centrale• Schema di esecuzione di un programma

1.Il programma viene mappato in indirizzi assoluti e caricato in memoria.

2.Viene generato l'indirizzo assoluto corrispettivo ad istruzione/dato corrente.

3.Viene eseguita l'istruzione corrente oppure elaborato il dato corrente.

4.Al termine dell'esecuzione, lo spazio di memoria occupato dal processo viene reso di nuovo disponibile.

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Gestione della memoria centrale• La memoria centrale è un dispositivo

molto veloce– più processi mantengo in memoria centrale,

più veloce sarà la loro esecuzione

• Diversi schemi di gestione della memoria– la scelta dello schema più adatto dipende

dalle esigenze specifiche– in pratica, il tipo di hardware detta la scelta

dello schema di gestione

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Gestione della memoria centrale• Responsabilità del SO:– tenere traccia di quali parti della memoria

sono attualmente utilizzate e da chi– decidere quali processi debbano essere

caricati in memoria quando vi sia lo spazio disponibile

– allocare e deallocare lo spazio di memoria in base alle necessità

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Gestione della memoria secondaria• La memoria centrale è troppo piccola per

poter contenere l'intero insieme di programmi– serve una memoria secondaria di ausilio a

quella centrale

• Caratteristiche memoria secondaria:–molto più ampia della memoria centrale–molto più lenta della memoria centrale

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Gestione della memoria secondaria• Tipicamente, la memoria secondaria

viene fornita da un disco– dispositivo di massa–memorizza codice e dati indifferentemente

• I programmi rimangono sul disco fino a quando non vengono eseguiti

• Quando un programma deve essere eseguito, viene caricato in memoria

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Gestione della memoria secondaria• Responsabilità del SO:– gestione dello spazio libero su disco– allocazione di spazio su disco– scheduling/riordino delle richieste per il

disco

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Gestione del sistema di I/O• SCOPI del sistema di I/O:–mascherare le differenze tra i vari dispositivi

di I/O– presentare all'utente una visione omogenea

dei dispositivi– concetti di:

♦File♦Directory♦File system

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Gestione del sistema di I/O• Responsabilità del SO:– gestire un sistema di buffer caching

♦memorizzazione preventiva di dati non ancora letti dai programmi

♦scrittura dei dati a buffer riempito

– fornire un'interfaccia generica di uso per i device driver

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Gestione dei file• Le informazioni possono essere

memorizzate sui supporti fisici più disparati– nastro magnetico– disco magnetico

– disco ottico

• Il SO maschera le differenze fra device e fornisce una visione unica ad alto livello– file

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Gestione dei file• FILE: raccolta di informazioni definite dal

loro creatore– sequenza di bit, byte, righe o record– significato di tale sequenza definito dal

programmatore– contengono codice di programmi oppure dati

• L'organizzazione dei file è gerarchica– organizzazione per cartelle (directory)– rappresentazione ad albero

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Gestione dei file• Responsabilità del SO:– creare e cancellare file– creare e cancellare directory– supportare primitive per la manipolazione di

file e directory–mappare file su memoria secondaria

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Sistema di protezione• I diversi processi di un SO devono

essere protetti contro le attività di altri processi– attività involontarie o maliziose

• PROTEZIONE: meccanismo che controlla l'accesso alle risorse di calcolo da parte di:– programmi– processi– utenti

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Sistema di protezione• ESEMPI DI MECCANISMI:– il SO sfrutta l'hardware di indirizzamento

della memoria per impedire che un processo possa accedere ad aree non di sua competenza

– il timer di sistema assicura che nessun processo possa acquisire il controllo indefinito della CPU

– esecuzione di istruzioni di I/O diretto solo tramite interfaccia privilegiata (system call)

– classificazione degli utenti e schema di permessi per accesso alle risorse