Informatica I per la. Fisica

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1 Corso di Laurea in Fisica Informatica I per la Fisica Il software e il sistema operativo

2 Software e Sistemi operativi " 640K ought to be enough for anybody." Bill Gates, 1981 (apocrifa)

3 Software: software di sistema (BIOS) ROM sistema operativo software applicativo Dischi Dischi, CDRom

4 All accensione. Una sequenza di operazioni (modello sequenziale V.N) Lo schermo del monitor si riempie di scritte. CPU esegue il POST (Power-On Self Test) Le istruzioni alla CPU vengono impartite da una parte del software di sistema chiamata BIOS (Basic Input Output System) che risiede nella ROM del PC. Durante questa sequenza di istruzioni la CPU effettua una serie di controlli sul PC: - quanta memoria RAM ha a disposizione e se funziona. - tastiera ed un mouse collegati - il tipo di BUS di cui dispone (PCI) - dispositivi di memoria di massa (dischi) Se durante questa fase di test vengono rilevati errori (cioè malfunzionamenti) la CPU stampa a monitor i messaggi di errore ed emette alcuni bip sonori per avvisare della esistenza di problemi nella sequenza di POST.

5 Al termine del POST. Il Bootstrap! Se la sequenza di POST termina senza errori, il BIOS procede con la sequenza di caricamento detta in gergo bootstrap. Questa sequenza carica nella memoria RAM il sistema operativo (S.O.). La CPU, durante la sequenza di bootstrap cerca il S.O. Queste informazioni fanno parte delle istruzioni del BIOS ma possono essere alterate dall utente e memorizzate in una RAM speciale che prende il nome di CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) che grazie alla presenza di una piccola batteria mantiene il suo contenuto anche quando il PC è spento. Una volta individuato il dispositivo che contiene il S.O. lo carica in memoria e cede il controllo al sistema operativo stesso che entra così in esecuzione.

6 Le funzioni del S.O. 1) Gestione del carico di lavoro della CPU mediante la scomposizione dei compiti richiesti dai programmi, in parti (task) più semplici. 2) Gestione della memoria mediante il controllo delle attività di scrittura e lettura dalla RAM. 3) Gestione dei dispositivi e delle periferiche collegate al PC e dei programmi che ne richiedono l utilizzo. 4) Gestione dei dischi e dei dispositivi di memoria di massa per quanto riguarda la memorizzazione dei dati e la loro lettura nella RAM. 5) Gestire l interfaccia verso il software applicativo (cioè tutti i programmi che utilizziamo di solito, dai giochi ai programmi di utilità, videoscrittura, disegno, calcolo, )

7 Le parti componenti il S.O.

8 Il NUCLEO o KERNEL è il cuore del SO ed è anche la parte più complessa. Si occupa di gestire le risorse della CPU per la esecuzione dei programmi. Ogni programma in esecuzione viene identificato come processo. Il Nucleo del SO decide quale processo deve essere mandato in esecuzione e con quali priorità le risorse della CPU debbono essere dedicate ad un processo piuttosto che ad un altro. Nei moderni SO è possibile avere in esecuzione anche più processi contemporaneamente (caratteristica chiamata multitasking).

9 Gestore della Memoria il Gestore della Memoria, si occupa di dedicare porzioni della memoria RAM (cache e anche RAM virtuale, cioè una parte della memoria di massa che viene utilizzata come se fosse una memoria interna ma molto più lenta) alla esecuzione di processi. A seconda delle necessità di elaborazione di un processo viene dedicata più o meno memoria RAM (allocazione dinamica della memoria).

10 Gestore delle Periferiche Il Gestore delle periferiche è una parte del SO che si occupa della elaborazione dei dati affinchè siano utilizzabili dalle periferiche collegate al PC. Poiché le periferiche possono essere moltissime e tutte diverse tra loro non è possibile, al momento della scrittura di un SO prevedere quali di queste verranno realmente utilizzate dal PC dove il SO viene installato, allora il Gestore delle Periferiche deve poter contare su moduli software aggiuntivi. Questi moduli software sono chiamati driver e sono scritti dai singoli produttori di periferiche.

11 Gestore dei file FILE = DOCUMENTO Il modo in cui i file sono memorizzati viene gestito da quella parte del SO che si chiama Gestore dei file o anche, File System. Struttura logica: Volume, Cartella, Documento. Un Volume è una specie di contenitore che contiene al suo interno delle Cartelle e dei Documenti. Anche le Cartelle possono contenere al loro interno sia Documenti che altre Cartelle.

12 Il Gestore dei file Struttura ad albero

13 Interprete dei comandi e interfaccia utente Interfaccia di linea

14 Interprete dei comandi e interfaccia utente Interfaccia Grafica. GUI ICONE FINESTRE

15 Cronologia dei Sistemi Operativi

16 La famiglia UNIX Nasce alla fine degli anni 60 nei Bell Labs dell AT&T: UNICS (Uniplexed Information and Computing System). Fu inizialmente scritto un po per gioco un po per necessità da più programmatori per essere utilizzato in un computer mainframe, il PDP-7 della DIGITAL (ne furono prodotti e venduti 120 esemplari in tutto il mondo!). Poteva dare accesso a due utenti contemporaneamente. La versione evoluta ed ufficialmente battezzata Unix vede la luce nel 1970 per il computer PDP-11/20, un promettente minicomputer sempre della DIGITAL. In quell occasione compare anche il primo editor di testi, utilizzato per scrivere programmi in assembly (lo stesso linguaggio del SO).

17 La famiglia UNIX Nel 1973 la AT&T, ufficialmente proprietaria dello Unix decide di riscrivere il SO in linguaggio C in modo da renderlo disponibile anche ad altre piattaforme e di venderne la licenza d uso a università e al governo americano. Negli anni settanta e ottanta una notevole mole di versioni diverse sono state sviluppate sia dalla AT&T che da altri soggetti più o meno indipendentemente. Abbastanza popolare, ad esempio la versione BSD, sviluppata all Università di Berkley (a San Francisco) dove per la prima volta venne aggiunto al kernel tradizionale di Unix il supporto per il protocollo di rete TCP/IP.

18 Verso l inizio degli anni ottanta due dei programmatori del BSD, Bill Joy and Chuck Haley fondano, assieme ad alcuni colleghi dell università di Stanford una nuova azienda, la Sun Microsystems e svilupparono una nuova versione del SO, poi battezzata SunOS. All inizio degli anni novanta il PC è oramai popolare e serve una versione di Unix per microprocessori adatti a queste macchine. Se ne incarica la BSDI, un azienda fondata da altri sviluppatori di Berkley che producono BSD UNIX per processori Intel (il 386): un prodotto commerciale di un certo successo. Quasi contemporaneamente uno dei fondatori di BSDI (Bill Jolitz) esce per pubblicare 386BSD uno dei progenitori delle versioni freewere (non commerciali) di Unix. Molto popolari in questo senso le attuali FreeBSD e OpensBSD.

19 La versione colta di Unix invece rimane nelle mani di AT&T che alla fine degli anni ottanta produce la sua ultima storica release, la cosiddetta SVR4 (System V Release 4). Questa viene venduta da AT&T a Novel che prova ad implementarla nei PC server per dare battaglia al crescente poter di Microsoft. Battaglia persa. Novel cede la SVR4 a SCO group (Santa Cruz Operation in alleanza con Caldera Systems). SCO group distribuisce oggi (a pagamento) la versione SCO Unix. Per i trascorsi storici che abbiamo citato la SCO ritiene di possedere i diritti di Unix ed ha intentato una grossa causa legale a IBM (nel tentativo di spaventare gli altri) perché sostiene che pezzi del codice kernel di Linux siano stati copiati da SVR4.

20 la filosofia Unix : un certo tipo di approccio rigoroso e privo di fronzoli alla scrittura di codice per computer. Le interfaccie utente più diffuse tra gli utenti Unix sono tuttora piuttosto spartane e l impatto della grafica è limitato alla gestione di finestre terminale entro le quali si possa digitare comandi con interfaccia di linea (chiamata Shell nel mondo Unix).

21 I comandi da Shell - In quale directory mi trovo: pwd (present working directory) Computer-di-Luca-Gammaitoni:~ luca$ pwd /Users/luca - cambio directory : cd (change directory) Computer-di-Luca-Gammaitoni:~ luca$ cd.. Computer-di-Luca-Gammaitoni:/Users luca$ pwd /Users

22 I comandi da Shell Listare i files contenuti in una directory: ls, ll ls

23 ll

24 La riga di risposta del singolo file: -rw-r--r-- 1 luca staff Aug 2003 Technology Review - Sep-03.zno scomponiamola in colonne come segue: Il carattere più a sinistra, c, può assumere diversi valori: - per un file, d per una cartella, sono i valori più comuni. Quindi c è la colonna dei permessi. Sono nove caratteri che definiscono chi ha il permesso di leggere, modificare e eseguire il file. Infatti bisogna ricordare che Unix è un SO multi-utente e quindi più persone distinte possono accedere agli stessi file.

25 I caratteri sono così organizzati: I primi tre caratteri sono relativi al proprietario del file (colui che lo ha creato), i secondi tre sono per il gruppo a cui l utente appartiene, il terzo gruppo si riferisce a qualunque altra persona che accede alla cartella. Il significato dei simboli è intuitivo: r - read permission; w - write permission; x - execute permission; - - no permission; Così nel nostro esempio abbiamo: rw-r--r quindi il proprietario può leggere e modificare il file (che non è un programma quindi non può essere eseguito), il gruppo a cui l utente appartiene ed ogni altro possono solo leggere il file. È ovvio che la cancellazione qui viene assimilata ad una modifica e non viene consentita a nessuno tranne al proprietario.

26 Serie di comandi del SO Unix, comuni a quasi tutte le versioni Comandi per la gestione dei file e delle cartelle: ls cd pwd mkdir rm rmdir Comandi per la visualizzaizone e l editing dei file: more vi emacs Comandi Text processing: echo cat grep sort uniq sed awk Comandi per il confronto di file: comm cmp diff patch Comandi per la gestione dei processi e del sistema: ps find xargs sd w who Comandi per le comunicazioni: mail telnet ssh ftp finger

27 Help online: man nomecomando

28 Il sistema a finestre (window system) In ambiente Unix è molto popolare un sistema noto come X Windows. Creato all inizio degli anni ottanta presso il MIT di Boston, il sistema X Windows fornisce gli strumenti base per la realizzazione di una interfaccia grafica: finestre, interazione tra icone e mouse e, cosa molto importante, la possibilità di utilizzare l interfaccia grafica su di un computer remoto collegato con il computer dove X Windows è installato. Questo è possibile grazie alla struttura client-server su cui il sistema è basato. In pratica si tratta di due programmi distinti che girano su due computer collegati in rete. Il sistema di visualizzazione che usa l utente si trova sul computer remoto e visualizza cose sul computer dove è installato il display server. Un sistema X Windows si presta ad essere utilizzato da più interfaccie grafiche (che forniscono invece l aspetto estetico finale), una caratteristica questa tipica dei SO Linux dove diverse interfaccie grafiche coesistono normalmente.

29 Coesistenza di interfaccie grafiche Il sistema di gestione dell interfaccia grafica viene realizzato, nell ambito del sistema X Windows mediante un particolare software chiamato windows manager. Sotto Unix è possibile scegliere differenti windows managers. Inoltre è possibile integrare un windows manager all interno di un partcilare ambiente grafico chiamato desktop environment. Esempi popolari di desktop environment sono GNOME e KDE Esempi nelle prossime slides

30 Desktop Environment GNOME

31 Desktop Environment KDE

32 Desktop Environment CDE (commerciale: IBM, HP, )

33 Desktop Environment XFcE

34 Desktop Environment Jdx (Java oriented)

35 Linux La storia di un SO Unix libero da diritti commerciali e quindi liberamente distribuibile comincia nel 1983, quando Richard Stallman ha dato vita al progetto GNU, allo scopo di creare una versione libera di Unix. Vari tentativi più o meno soddisfacenti sono stati compiuti da allora, fino a quando nel 1991, Linus Torvalds, un programmatore finlandese, poco più che ventenne mette insieme un kernel di tipo Unix, utilizzando pezzi e contributi provenienti dal progetto GNU. Il risultato è una nuova distribuzione di Unix chiamata GNU/Linux o più semplicemente Linux.

36 Linux non viene di solito pre-installato come il suo rivale Windows nei PC, l utente che voglia utilizzarlo deve in qualche modo installarlo da solo. Il SO Linux, pronto per l uso, è in realtà composto da diverse parti che vengono assemblate insieme in quella che si chiama una distribuzione Linux. Una distribuzione contiene di solito il kernel del SO, una collezione di programmi addizionali gratuiti, tra cui le interfaccie grafiche utente (di solito facenti parte del sistema GNU) e eventuale altro software commerciale aggiunto da ditte che si occupano anche di confezionare il tutto. Tra le aziende che partecipano a questa attività ci sono le celebri Red Hat, SuSE e MandrakeSoft, che hanno organizzato distribuzioni Linux loro proprie. Ad oggi ci sono oltre 100 distribuzioni Linux differenti.

37 Applicativi in ambiente Linux Una delle ragioni del successo di Linux è la disponibilità di applicativi e linguaggi destinati al Web (anch'essi "open source"). Tre di questi, leader indiscussi nei rispettivi settori: 1. Apache E' il web server più utilizzato sui sistemi Linux. Insieme ad IIS di Microsoft si contende il trono della categoria dei Server per il Web. Gratuito, affidabile e ben supportato. ( 2. PHP E' uno dei principali linguaggi di scripting utilizzati sui siti Web di tutto il mondo. Acerrimo rivale di Asp e Asp.NET di casa Microsoft. ( 3. MySql E' un database server di alta qualità, adatto ad applicazioni caratterizzate da elevati livelli di criticità. Secondo alcuni migliore del costoso SQL Server di Microsoft. Spesso in combinazione con PHP.(

38 Il Sistema operativo Windows La prima versione commerciale (Windows 1.0 ) appare a fine 1985 acquistabile alla cifra di 100 $. L interfaccia utente a finestre e i menù a scomparsa (pull down) si ispirano al sistema Star della Xerox, considerato da tutti il predecessore di tutte le interfaccie grafiche.

39 Il Sistema operativo Windows Nel 1987 appare Windows 2.0, per l Intel 286, venduto anch esso a 100 $. Alla fine dello stesso anno la Microsoft produce anche Windows/386 per il processore 386, sempre della Intel (prima volta che viene superato il limite di 640 KB per la RAM). Nel 1990 esce Windows 3.0. con una veste grafica lievemente diversa e un gestore di file. La struttura a finestre è più evidente e appaiono alcune funzionalità tipiche dell interfaccia adottata anche dalla Apple per i suoi Mac, come la possibilità drag and drop, ovvero di spostare le icone ed associare a queste azioni dei comandi del SO.

40 Il Sistema operativo Windows Nel 1993 esce Windows NT 3.1, Il primo tentativo serio della Microsoft di fare un SO per macchine serie ed applicazioni serie. Un buon passo avanti verso una maggiore stabilità del sistema. Tra il 94 ed il 95 escono diverse versioni di NT che si propone come compagno di fascia alta al SO per utenti comuni che viene rinnovato nel 1985 con il celebre (e famigerato) Windows 95. Alla sua uscita nell agosto del 1995 vende più di un milione di copie nei primi 4 giorni! Il successo è enorme.

41 Il Sistema operativo Windows Tra il 95 ed il 98 la Microsoft produce anche alcune versioni di un SO per piccoli computer e potenzialmente anche elettrodomestici e macchine che non siano PC. Si chiama Windows CE. È con il 1998 che la Microsoft scopre veramente Internet. Il nuovo sistema operativo (in realtà un aggiornamento di Windows 95) ha il browser Internet Explorer integrato nel sistema e la grafica è dominata dal paradigma della navigazione mutuato dal web.

42 Il Sistema operativo Windows Il salto in prestazioni e stabilità arriva con Windows 2000 che arriva a febbraio 2000 e raccoglie l eredità di Windows NT proponendosi al contempo come successore di W98 e dei suoi aggiornamenti. A fine 2001 la Microsoft fa un altro passo in avanti e presenta Windows XP. Il nuovo nato si propone come un nuovo SO che riunisce il meglio dell eredità di W2000 ad una nuova interfaccia grafica e molte nuove funzionalità. In realtà non ci sono moltissime novità se non un kernel a 32 bit più stabile e un notevole supporto per la rete e le applicazioni multimediali.

43 Il Sistema operativo Windows Nel 2005 la Microsoft annuncia il rilascio di un nuovo sistema operativo: Windows VISTA. Atteso per la consegna nei primi mesi del 2007.

44 Il Sistema operativo Windows A Windows Vista Premium Ready PC includes at least: 1 GHz 32-bit (x86) or 64-bit (x64) processor1. 1 GB of system memory. Support for DirectX 9 graphics with a WDDM driver, 128 MB of graphics memory (minimum)2, Pixel Shader 2.0 and 32 bits per pixel. 40 GB of hard drive capacity with 15 GB free space. DVD-ROM Drive3. Audio output capability. Internet access capability. " 640K ought to be enough for anybody." Bill Gates, 1981 (apocrifa)

45 Il Sistema operativo del PC Macintosh La Apple viene fondata ufficialmente il 1 Aprile Allora i due fondatori Steve Jobs e Steve Wozniak hanno già costruito e venduto circa 200 esemplari del loro primo PC, Apple I. Nel 1977 nasce Apple II, ed è subito un successo. Viene venduto in diverse versioni e, quando nel 1980 la Apple entra in borsa è già considerata una delle grandi promesse della Silicon Valley. Nei primi anni ottanta la Apple produce Apple III, l evoluzione della specie ma è un fallimento. Macchina troppo costosa e con problemi tecnici non indifferenti. Quindi è la volta di Apple LISA. Anche in questo caso si tratta di un flop. Finalmente nel 1984 la grande svolta. Nasce il computer Macintosh. Rivoluzionario sotto molti aspetti. Innanzitutto l interfaccia utente esclusivamente grafica (un computer senza interfaccia di linea non si era mai visto prima). Questa intuizione è frutto della collaborazione che si instaura tra alcuni programmatori della Apple e i ricercatori della Xerox

46 Il Sistema operativo del PC Macintosh Una schermata di Mac OS 1.1, 1984

47 Il Sistema operativo del PC Macintosh Alla fine degli anni novanta sembra chiaro che comunque per i PC è giunto il momento di fare un salto di qualità verso SO più maturi e soprattutto più stabili. In grado di gestire le pesanti richeste applicative di un utente evoluto. Nasce così il progetto Mac OSx che assume Unix come base (BSD e OPENSTEP della NEXT) e parti di OS 9 per garantire la compatibilità all indietro alle applicazioni esistenti. Il kernel del software Mac OS X, denominato Darwin e basato su FreeBSD è un software Open Source, ovvero non soggetto alle tipiche restrizioni commerciali.

48 Il Sistema operativo del PC Macintosh Nel 2005 la Apple ha annunciato e realizzato nel 2006 la transizione ad un nuova piattaforma hardware basata su di un microprocessore INTEL di nuova concezione: la tecnologia CORE. Migliori prestazioni per Watt