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So1ware: di sistema e applica.vo •  Di sistema: controlla il comportamento del sistema stesso –  il più importante dei so2ware di sistema è il sistema opera5vo: Il Sistema Opera.vo •  controlla le risorse del sistema •  fornisce la base su cui costruire tu: gli altri programmi •  Applica.vo: risolve i problemi dell’utente, appoggiandosi sullo strato fornito dal sistema opera5vo 2 Il sistema opera.vo •  Con il termine sistema opera+vo si intende l’insieme di programmi e librerie che opera direAamente sulla macchina ﬁsica... –  … mascherandone le caraAeris5che speciﬁche... –  … e fornendo agli uten5 un insieme di funzionalità di alto livello Esempi di Sistemi Opera.vi •  MS‐DOS •  MS‐Windows (95, 98, 2000, XP, Vista, 7) •  Unix –  Commerciali: Sun Solaris, IBM AIX, HP‐UX,… –  Linux –  BSD •  Mac OS –  Mac OS X •  Altri (IBM AS/400, Symbian,…) 3 Archite:ura di un S.O. (1/2) 4 Archite:ura di un S.O. (2/2) •  Un moderno S.O. è organizzato secondo una architeAura “a stra+” (a cipolla) •  Ogni strato implementa una macchina virtuale più potente del precedente Programmi utente Interfacce utente Interprete dei comandi Gestore del ﬁle system –  Appoggiandosi alle funzionalità oﬀerte dallo strato precedente •  Tale approccio permeAe una chiara separazione tra interfaccia e implementazione delle diverse funzionalità •  Ogni strato è cos5tuito da un insieme di programmi e librerie –  I meccanismi di chiamate tra livelli possono essere diversi •  chiamate a soAoprogrammi •  interruzioni sincrone o asincrone •  invio di messaggi a processi 5 Interfaccia graﬁca Gestore delle periferiche Gestori di risorse (kernel) Gestore della memoria Gestore dei processi (nucleo) Macchina ﬁsica 6 1
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Il Nucleo (KERNEL) (1/2) •  Si appoggia direAamente sulla macchina ﬁsica Il Nucleo (KERNEL) (1/2) •  La macchina virtuale realizzata dal nucleo •  EﬀeAua la ges5one dei processi Processore
virtuale
•  In un sistema mul5tasking realizza una macchina virtuale in cui ad ogni processo è assegnata un processore virtuale Processore
virtuale
•  Comprende i principali programmi di risposta ad interruzione Bus di sistema
•  Realizza le primi5ve di sincronizzazione e scambio messaggi tra processi Disco
7 Il gestore della memoria (1/2) •  Realizza le funzionalità di allocazione della memoria •  La macchina virtuale realizzata dal gestore della memoria Memoria
virtuale
Memoria
virtuale
... Memoria
virtuale
Processore
virtuale
Processore
virtuale
... Processore
virtuale
Bus di sistema
–  Garantendo la protezione delle diverse zone di memoria •  Oﬀre ad ogni processo la visibilità di un insieme di periferiche virtuali dedicate •  Ges5sce, almeno in parte, i malfunzionamen5 delle periferiche 11 Interfaccia
delle
periferiche
Disco
9 •  Fornisce agli stra5 superiori un insieme di procedure di alto livello per l’accesso alle diverse periferiche Interfaccia
delle
periferiche
Memoria
centrale
Il gestore della memoria (2/2) •  Par5ziona la memoria tra i vari processi che la richiedono •  Maschera le caraAeris5che ﬁsiche delle periferiche Processore
virtuale
8 –  Supera i limi5 della memoria ﬁsica e mostra ai processi uno spazio di memoria virtuale Il gestore delle periferiche (1/2) ... 10 Il gestore delle periferiche (2/2) •  La macchina virtuale realizzata dal gestore delle periferiche Memoria
virtuale
Interfaccia
periferiche
virtuali
Memoria
virtuale
... Bus
Processore
virtuale
Interfaccia
periferiche
virtuali
Bus
Processore
virtuale
Bus di sistema
Disco
12 2
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Il gestore del ﬁle system (1/7) •  E’ responsabile della ges5one delle periferiche di massa –  Hard disk –  CD / DVD –  Memory s5ck USB –  ... Il gestore del ﬁle system (2/7) •  Le funzioni di base che sono supportate da un ﬁle system sono –  Il recupero di da5 precedentemente memorizza5 –  L’eliminazione di da5 obsole5 –  La modiﬁca/aggiornamento di da5 preesisten5 –  La copia di da5 •  Fornisce agli stra5 superiori un insieme di procedure per l’accesso al ﬁle system •  Tra suppor5 di memorizzazione diversi (es. da HD a CD) •  In cartelle diverse nello stesso supporto •  Garan5sce la protezione nell’accesso ai ﬁle 13 14 Il gestore del ﬁle system (3/7) •  I da5 contenu5 nella memoria di massa vengono struAura5 e ges55 mediante una organizzazione in ﬁle Il gestore del ﬁle system (4/7) •  L’estensione è spesso associata al programma che ha generato il ﬁle e individua pertanto la 5pologia del contenuto del ﬁle – 
– 
– 
– 
– 
– 
•  Un ﬁle è un contenitore logico iden5ﬁcato da un nome (ﬁlename) •  I ﬁlename generalmente sono compos5 da due par5 –  ad es. curriculum_vitae.doc –  Il ﬁlename vero e proprio (curriculum_vitae) –  L’estensione (doc) .exe  ﬁle eseguibili .txt  ﬁle di testo .doc  documen5 di testo (MS Word) .wav  ﬁle audio .bmp  immagine in formato bitmap ... •  Ad ogni ﬁle sono poi associa5 dal sistema opera5vo altri da5 –  Data di creazione / modiﬁca –  Lunghezza del ﬁle (in byte) –  Uten5/Gruppi che possono accedere ai ﬁle 15 16 Il gestore del ﬁle system (5/7) Il gestore del ﬁle system (6/7) •  I ﬁle vengono suddivisi in più contenitori logici, chiama5 directory, cataloghi o cartelle (folders) –  Le cartelle sono organizzate secondo una struAura ad albero •  Il ﬁle system con5ene una directory deAa radice (ROOT) dell’albero che può contenere ﬁle o altre cartelle •  Ciascun ﬁle è individuato univocamente dal suo nome completo o percorso assoluto –  Ad es. D:\downloads\temp\002.part •  Due ﬁle con lo stesso nome in due cartelle dis5nte, ad esempio –  D:\Immagini\Compleanno\foto1.jpg –  D:\Documen5\foto1.jpg fanno riferimento a due ﬁle che in generale possono essere DIVERSI 17 D: Documen5 Downloads Incoming Temp ... ... 18 3
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Il gestore del ﬁle system (7/7) •  La macchina virtuale realizzata dal gestore del ﬁle system Memoria
virtuale
Interfaccia
periferiche
virtuali
File
Memoria
virtuale
... File
Interfaccia
periferiche
virtuali
Processore
virtuale
•  Cos5tuiscono l’interfaccia verso l’utente •  Consentono l’interazione dell’utente con il s.o. e con i programmi applica5vi in esecuzione File
... File
–  PermeAono di accedere ai programmi conserva5 su memoria di massa e mandarli in esecuzione •  allocando la memoria necessaria •  creando il processo rela5vo ... Bus
Bus
L’interprete dei comandi e l’interfaccia graﬁca Processore
virtuale
Bus di sistema
•  Nel caso di un sistema mul5utente forniscono ai diversi uten5 la visione di una macchina virtuale dedicata 19 Classiﬁcazione dei moderni S.O. •  Sistemi monotask: –  PermeAono l’esecuzione di un solo programma utente per volta (es. DOS) –  Il computer a disposizione del programma dall’inizio alla ﬁne della sua esecuzione –  Coda dei job, ges5ta FIFO (ﬁrst in, ﬁrst out) e/o con priorità •  Sistemi mul5task –  PermeAono l’esecuzione di più programmi utente contemporaneamente –  Classiﬁcazione ulteriore: •  Mul5tasking coopera5vo (Windows 3.1, MacOS originario) •  Mul5tasking preemp5ve (Windows 95/98/NT, Unix) –  Time sharing o meno 20 Svantaggi dei sistemi mono‐tasking •  Nessuna interazione utente‐programma durante l’esecuzione di qualche compito •  Lentezza: la CPU non può essere usata da nessun processo mentre il programma in esecuzione svolge operazioni di I/O (molto piu’ lente di leAure/scriAure in Memoria) •  Esempio: DOS è un SO monotasking; non si può fare niente altro mentre si formaAa un ﬂoppy o si memorizzano da5 su disco 21 Mul.tasking (.me sharing) •  Ripar5zione del tempo di CPU tra tu: i processi che la vogliono •  Ogni job rimane in esecuzione solo per un quanto di tempo, poi l’esecuzione passa al prossimo job e il primo va in aAesa 22 Sta. di un processo Selezione primo processo pronto e sua esecuzione Inizio esecuzione –  Esecuzione globale più veloce •  Durata del quanto di tempo tra 100 e 200 millisecondi –  Granularità molto ﬁne Processi pron. •  A ogni utente sembra di avere la CPU tuAa per lui, solo più lenta Processo in esecuzione Termine quanto di tempo Richiesta operazione di I/O Completamento operazione di I/O (evento esterno aAeso) 23 Processo in a:esa 24 4
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A:esa •  Se il processo richiede operazioni ad altri disposi5vi (es. Operazioni di I/O), la CPU rimarrebbe inu5lizzata –  lo scheduler meAe il processo in stato di aAesa, –  il dispatcher sceglie un nuovo processo tra i pron5 dalla tabella, –  quando l’operazione sarà ﬁnita, lo scheduler dichiarerà di nuovo pronto il processo •  PermeAe un u5lizzo molto più eﬃciente delle risorse di elaborazione Bootstrap (1/2) •  Come avviene l’avvio del SO? • 
All’inizio, la CPU ha un indirizzo ﬁssato nel registro contatore di programma, che punta all’indirizzo nella ROM (Read Only Memory) ove inizia il programma di bootstrap che è sempre memorizzato lì • 
L’esecuzione del programma di bootsrap trasferisce il kernel del Sistema Opera5vo da una parte prestabilita della memoria di massa (hard‐disk, ﬂoppy‐disk, CD‐Rom,…) in memoria principale • 
Quindi l’esecuzione prosegue con un salto all’area di memoria principale contenente il Sistema Opera5vo (che quindi viene mandato in esecuzione) • 
Tra le prime operazione del kernel del Sistema Opera5vo vi sono 5picamente quelle di caricamento di altri componen5 so2ware: –  Esempio: •  durante la digitazione di un documento di testo, l’utente compie molte pause per riﬂeAere sul contenuto che sta scrivendo •  questo tempo è usato dal sistema per compiere altre operazioni in contemporanea (ad es. ges5re la ricezione di e‐mail) –  driver delle periferiche installate –  programmi di sistema lancia5 automa5camente all’avvio 25 26 Bootstrap (2/2) MS‐DOS •  Sviluppato dalla Microso2 nel 1981 per il PC IBM •  AdoAato da altri con PC IBM‐compa5bili •  Molto limitato: –  mono‐utente, –  mono‐tasking •  Circa 50 comandi per il SO: – 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
DIR per vedere il contenuto di una directory COPY per copiare ﬁle DEL per cancellare un ﬁle REN per cambiare il nome a un ﬁle CD per muoversi in un altra directory MD per creare nuove directory RD per cancellare directory Nome ﬁle: per eseguire il ﬁle (se eseguibile) –  … 27 28 UNIX MS Windows – Elemen. principali • 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  Sistema Opera5vo: Interfaccia graﬁca Mouse che sposta un cursore Cut & paste (copia e incolla) Drag & drop (trascina e lascia) Icone associate a ﬁle, directory, dischi, … Directory come cartelle Pulsan5 Finestre: cornici con strumen5 Menu di comandi Cultura tecnologica del progeAo –  mul5‐utente, –  mul5‐tasking, con 5me‐sharing •  Nato negli anni ’60 con un progeAo congiunto AT&T e MIT •  Concepito per poter funzionare su diverse piaAaforme hardware con adaAamen5 limita5 •  Interprete dei comandi: shell –  testuale –  più di 300 comandi, con opzioni •  Disponibilità di interfaccia graﬁca (ﬁnestre, mouse, etc.) messa a disposizione da un insieme di moduli separa5 (sistema X Window) 29 30 5
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LINUX Gnome  Linux •  Linux è una delle molte varian5 di Unix con la peculiarità di essere open source (= il cui codice sorgente è liberamente disponibile) •  La sua nascita è dovuta in parte alle restrizioni imposte da AT&T all’uso di del codice sorgente di UNIX per la dida:ca: –  hanno indoAo Andy Tanenbaum allo sviluppo di MINIX, un implementazione di UNIX per scopi dida:ci –  MINIX ha ispirato Linus Torvalds a realizzare una propria implementazione del kernel UNIX –  Il kernel sviluppato da Linus è stato combinato con una suite di programmi UNIX, sviluppa5 nell’ambito del progeAo GNU (inizia5va che ha originato il movimento open source), per formare la prima distribuzione di Linux e renderla disponibile su Internet come so2ware open source •  Oggi esistono innumerevoli distribuzioni di Linux, dis5nte per diverse combinazioni di kernel, interfacce graﬁche (le più note sono Gnome e KDE) e programmi di u5lità.  KDE 31 BSD •  BSD è un’altra versione open source del sistema opera5vo Unix, in questo caso nata alla University of California, Berkeley (USA) •  Ritenuto più stabile di Linux (anche grazie ad un gruppo di sviluppo più ristreAo, quindi più controllabile) ma il numero di applicazioni disponibili è più ristreAo (principalmente applicazioni per i server) •  Oggi esistono 4 distribuzioni principali di BSD: –  3 distribuzioni free: FreeBSD, OpenBSD, NetBSD –  1 distribuzione a pagamento, all’interno del Sistema Opera5vo Apple MAC OS‐X 33 32 MAC OS‐X •  MAC OS‐X è l’ul5ma generazione di S.O. per i personal computer prodo: da Apple •  Abbandonato il precedente sistema opera5vo Apple ha costruito la nuova generazione del proprio S.O. a par5re da una variante di BSD, chiamata Darwin, che rimane open source •  A questo nucleo, Apple ha aggiunto componen5 proprietari, dall’interfaccia graﬁca (Aqua) ad una suite di applicazioni e u5li5es. Archite3ura MAC OS‐X Applicazioni GUI  Kernel, gestori di risorse e servizi di base 34 6