Sistemi Operativi 1. Lezione III: Concetti fondamentali. Mattia Monga. 7 marzo 2008

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1 1 Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it 7 marzo c 2008 M. Monga. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [1] e da Wikipedia. Lezione III: Concetti fondamentali

2 Kernel monolitici e micro Kernel monolitico Il kernel è un unico grande programma che gira in kernel mode. Le strutture dati e le funzionalità sono accessibili da tutto il codice del kernel Microkernel Il codice che gira in kernel mode è ridotto al minimo. Molte funzionalità (file system, process management, network, device drivers) sono realizzate da moduli user mode che mandano messaggi al microkernel. I microkernel nascono per gestire meglio la complessità, ma si ha una perdita di efficienza. Tanenbaum vs. Torvalds Architettura: MS Windows 2000

3 Architettura: GNU/Linux Architettura: MINIX

4 Architettura: Mac OS X Funzionalità di base Le componenti fondamentali di un SO Inizializzazione del sistema Gestione dei processi Gestione della memoria Gestione delle periferiche I/O Apparati di comunicazione Gestione dei file Gestione /interrupt Protezione System Utility

5 Processo Un processo è l astrazione che il usa per rappresentare un programma in esecuzione Gestione della memoria

6 Gestione I/O Il avvia, interrompe e controlla il flusso di dati da e verso i dispositivi di I/O File system

7 System call Il sistema operativo è il gestore esclusivo di tutte le risorse di un sistema al fine di: Garantire una gestione ottimale delle stesse Evitare collisioni Fornire modalità semplificate per il loro uso Per usare una risorsa occorre rivolgersi al tramite una chiamata di sistema (syscall) Il formato delle syscall differisce tra le varie implementazioni dei sistemi operativi In ambito UNIX è stato fatto uno sforzo di standardizzazione: POSIX System call e librerie Le system call sono generalmente incapsulate in librerie. Un programma applicativo che vuole accedere ad una syscall deve solitamente: Chiamare la routine di libreria collegata Questa provvede a formattare i parametri opportunamente e a richiamare la syscall effettiva In realtà non sono normali chiamate di procedura, ma interruzioni software a cui il fa fronte svolgendo il servizio richiesto mov eax, 1 int 0x80

8 in un monolitico in Mac OS X

9 in MINIX Network client-server Il modello è generalizzabile al caso di ambiente distribuito su una rete (locale, geografica?)

10 Ci sono syscall per tutte le funzionalità del Process Management Signal File Management Directory and file system management Protection Time management I/O MINIX (process mgt)

11 Processi paralleli Come fare a scrivere un programma che dia vita a due processi? La soluzione di Unix è la syscall fork() 1 #include <unistd.h> 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(){ 6 int x = fork(); 7 if (x < 0){ 8 perror( Errore nella fork: ); 9 exit(1); 10 } else { 11 if (x!= 0){ 12 while(1) printf( Processo padre\n ); 13 } else { 14 while(1) printf( Processo figlio (%d)\n, x); 15 } 16 } 17 return 0; 18 } Parent Child Sostituzione dell immagine del processo Le due immagini in memoria sono identiche, eccetto che per il valore della variabile x (0 nel figlio, PID nel padre). Condividono anche le risorse (per es i file aperti), che quindi potrebbero essere usati per far comunicare i due processi. Per lanciare l esecuzione un nuovo programma, occorrerà sostituire l immagine del processo figlio con quella caricata dal programma, conservato nella memoria di massa. La sostituzione viene operata con la syscall exec (il programma precedente non viene piú eseguito dal processo figlio)

12 1 #include <unistd.h> 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(){ 6 int x = fork(); 7 if (x < 0){ 8 perror( Errore nella fork: ); 9 exit(1); 10 } else { 11 if (x!= 0){ 12 printf( Processo padre\n ); 13 } else { 14 char argv[] = { /bin/ls, /usr, 0}; 15 execv( /bin/ls,argv ); 16 perror( Errore nella exec: ); 17 } 18 } 19 return 0; 20 } Parent Child ell (pseudo codice) 1 while (1){ / repeat forever / 2 type prompt(); / display prompt on the screen / 3 read command(command, parameters); / read input from terminal / 4 if (fork()!= 0){ / fork off child process / 5 / Parent code. / 6 waitpid(1, &status, 0); / wait for child to exit / 7 } else { 8 / Child code. / 9 execve(command, parameters, 0); / execute command / 10 } 11 }