Informatica: il sistema operativo

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1 Università degli Studi dell Aquila Facoltà di Medicina e Chirurgia 6 ottobre 2006

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3 Il software Il software è l insieme dei programmi che operano sul calcolatore Software di base È dedicato alla gestione delle funzioni elementari dell elaboratore, e lavora direttamente sull hardware della macchina. Software applicativo Implementa particolari esigenze dell utente usando il software di base.

4 Cos è il sistema operativo Il componente principale del software di base è il sistema operativo (SO), cioè il programma che permette l interazione con le risorse fisiche dell elaboratore. 1 Gestisce le risorse fisiche dell elaboratore processore memoria centrale memoria di massa dispositivi di input/output 2 Fornisce l interfaccia uomo-macchina

5 La struttura del sistema operativo Struttura a buccia di cipolla

6 Gestione dei processi Processo (job) Si definisce processo (job) una istanza di un certo programma Un processo è composto da una parte statica (le istruzioni) e da una parte dinamica (i dati) SO Monotasking permette l esecuzione di un unico processo alla volta SO Multitasking permette l esecuzione contemporanea di più processi

7 Monotasking In un sistema operativo monotasking, ciascun processo impegna la CPU in maniera esclusiva L esecuzione di più processi avviene sequenzialmente C è spreco di risorse sia durante l input/output, sia durante l attesa del lancio di un ulteriore processo

8 Multitasking In un sistema operativo multitasking, più processi possono essere eseguiti contemporaneamente Un solo processo è in esecuzione in un certo istante di tempo Gli altri processi sono o pronti ad andare in esecuzione, o in attesa del termine delle operazioni di I/O

9 Multitasking (2) Un processo entra in una coda di processi pronti e al suo turno va in esecuzione L esecuzione può essere interrotta da 1 Interruzione interna - per eseguire operazioni di I/O 2 Interruzione esterna - quando scade il tempo ad esso dedicato 3 Termine - se il processo è terminato

10 Multitasking (3) Il metodo del time-sharing a ciascun processo viene ciclicamente assegnato un tempo di esecuzione t (time-slice) in caso di una operazione di I/O, l esecuzione passa al successivo processo, per poi essere ripresa al termine

11 Gestione della memoria La memoria è una risorsa generalmente scarsa e va quindi suddivisa tra i vari processi in competizione Nella realtà, i sistemi operativi fanno vedere ai processi una quantità di memoria maggiore (memoria virtuale) di quella centrale tengono in memoria centrale solo porzioni dei processi in competizione, mentre le restanti parti restano sulla memoria di massa La gestione della memoria avviene utilizzando la tecnica della segmentazione o della paginazione

12 La segmentazione Nella tecnica di segmentazione, la memoria è assegnata in segmenti uguali alla parte di programma da caricare

13 La paginazione Nella tecnica di paginazione, la memoria è suddivisa in pagine di dimensioni fisse

14 La gestione delle periferiche Per gestire una periferica, il sistema operativo utilizza i driver Deve esistere quindi un determinato driver per ogni periferica da gestire La gestione delle periferiche in un sistema multitasking è una attività insidiosa perché È necessario gestire correttamente errori di I/O È indispensabile adottare corrette politiche di utilizzo affinché non si acceda a risorse attualmente in uso da un altro processo non si verifichino situazioni di blocco irreversibile

15 Accesso concorrente alle risorse Per permettere ai processi di accedere correttamente alle risorse, si usa il cosidetto lock nessuno la risorsa è libera in lettura il processo può leggere dei dati dalla risorsa in scrittura il processo può scrivere dei dati dalla risorsa in lettura/scrittura il processo è esclusivo proprietario della risorsa Un processo può richiedere una risorsa libera e chiedere il suo lock in lettura e/o scrittura (a seconda dell operazione che deve eseguire) al termine dell operazione, la risorsa deve essere liberata

16 Deadlock Il deadlock Il deadlock è una situazione in cui alcuni membri di un gruppo di processi (che detengono risorse) sono bloccati indefinitamente nell accesso ad altre risorse possedute da altri processi dello stesso gruppo Un esempio è un incrocio che deve essere affrontato da quattro macchine che devono tutte girare alla propria sinistra

17 Deadlock (2) Supponiamo che 1 il processo P 1 stia usando la risorsa R 1 e richieda la risorsa R 2 prima di liberare R 1 2 il processo P 2 stia usando la risorsa R 2 e richieda la risorsa R 1 prima di liberare R 2 I due processi resteranno bloccati!

18 Deadlock (3) I metodi per risolvere i deadlock sono essenzialmente semafori viene assegnato un ordine predefinito di accesso alla risorsa priorità viene assegnato un ordine di accesso alla risorsa sulla base di priorità (diritti di precedenza) attesa casuale quando un processo trova una risorsa occupata, attende un tempo casuale prima di provare nuovamente ad utilizzarla

19 Starvation Starvation La starvation è una situazione per cui un processo potrebbe restare infinitamente in attesa che una risorsa si liberi Un esempio è un incrocio attraversato da una serie di automobili, e una ulteriore automobile in attesa di attraversarlo

20 Il file system Per organizzare la grande quantità di dati che possono essere stoccati nella memoria di massa, si ricorre ad una unità astratta di memorizzazione detta file un contenitore di file detta directory File system Il file system è l insieme di programmi del sistema operativo che si occupano della gestione della memoria di massa

21 Il file system (2) Il file system è strutturato ad albero Il percorso di un file è dato dalla somma delle varie directory (partendo dalla radice, discendendo l albero) e il nome del file

22 Il file system (3) Windows usa il backslash \ e la radice è il dispositivo Unix/Linux usa lo slash / e la radice è la directory / Il file Regolamento.pdf ha quindi percorso Windows C:\Documenti\Università\Regolamento.pdf Unix/Linux /Documenti/Università/Regolamento.pdf

23 L interprete dei comandi L interprete di comandi L interprete dei comandi è lo strumento più spartano per dialogare con il sistema operativo In Windows, l interprete dei comandi è richiamabile lanciando il programma COMMAND.COM o CMD.COM In Linux/Unix, esistono vari interpreti dei comandi dotati di funzioni più o meno potenti (e.g., BASH)

24 L interfaccia grafica L interfaccia grafica L interfaccia grafica offre una metafora visuale per l interazione con il sistema operativo. Attualmente, la metafora usata per la gestione dei processi è la finestra, le icone identificano i file e/o le directory, mentre è usato il desktop (la scrivania) per organizzare i file

25 L interfaccia grafica (2) Vantaggi di una interfaccia grafica Semplicità di utilizzo Rapidità di esecuzione di compiti complessi Vantaggi dell interprete dei comandi È possibile eseguire anche compiti non disponibili sull interfaccia grafica

26 Una sessione di lavoro Una sessione di lavoro con Windows

27 Una sessione di lavoro Una sessione di lavoro con Linux

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