ISTITUTO SUPERIORE E.FERMI Tecnico Settore Tecnologico e Liceo Scientifico delle Scienze Applicate

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1 ISTITUTO SUPERIORE E.FERMI Tecnico Settore Tecnologico e Liceo Scientifico delle Scienze Applicate Strada Spolverina, MANTOVA Tel Fax Sistemi Operativi Argomenti: Sistemi Operativi File System

2 Descrizione e funzioni dei Sistemi Operativi Il Sistema Operativo (SO; OS=Operating System), detto anche software di base, è un insieme di programmi destinati alla gestione dei dispositivi che costituiscono un computer (detti risorse o risorse fisiche). Il SO serve all utente ed al programmatore di applicazioni, offrendo ad entrambi un interfaccia con i componenti hardware. Tutti i computer, dai PC ai grandi elaboratori militari, hanno il sistema operativo: comandi e interfacce possono cambiare, ma le funzioni sono le stesse. Chi si occupa di sistemi operativi è generalmente uno specialista, che non si occupa di software applicativo; analogamente, altri specialisti si occupano di scrivere i driver, programmi presenti su dispositivi esterni (stampanti, switch, router, telefoni VOIP, ), destinati a comunicare con il sistema operativo dei computer cui verranno collegati. Entrambe queste figure professionali, quasi sempre specialisti di hardware, sono spesso confuse con i programmatori applicativi, che invece scrivono software destinato a risolvere problemi di varia umanità, e generalmente sono specialisti di software, non di hardware. Il diagramma a fianco riassume ciò che collega l utente all hardware, ma, essendo solo una schematizzazione, non va preso troppo alla lettera. Ad esempio, il sistema operativo è posizionato ai livelli bassi, ma l utente è in grado di attivarne tutte le funzioni direttamente; analogamente, ci sono utenti che usano solo il middleware (software per produrre altro software, usato dai programmatori), ed altri che usano i programmi applicativi scritti tramite il middleware. Sarà quindi Informatica a strati facile trovare, su testi o su siti didattici, diagrammi simili, ma con lievi differenze: ad esempio, si potrebbero trovare due livelli del sistema operativo anziché uno, o i driver subito sopra l hardware, o il livello del middleware mancante. Sono dettagli dovuti alle preferenze di chi predispone il diagramma, ma non modificano il quadro generale. Ad un amministratore di sistema (un tempo detto sistemista) si richiede la conoscenza delle funzioni del sistema operativo, la sua organizzazione interna, le tecniche di gestione dei dispositivi e dei dati; nella pratica, dovrebbe essere in grado di eseguire le operazioni di installazione, configurazione, manutenzione, aggiornamento del SO, oltre che saper analizzare (e possibilmente risolvere) i problemi più frequenti. Il sistema operativo, come intermediario tra utente e computer, è responsabile da una parte del controllo e della gestione delle componenti hardware, e dall altra di garantire all utente la possibilità di eseguire programmi in modo efficiente 1. Si può quindi riassumerne in questo modo: Dal punto di vista interno (macchina), il SO è un gestore che dispone di tutte le risorse del computer, fisiche (dispositivi) e logiche (dati). Dal punto di vista esterno (utente), il SO è un interfaccia per l uso delle risorse, col fine ultimo di risolvere i problemi dell utente. Il SO, e in particolare la sua componente fondamentale, il kernel 2, è l unico programma che è sempre in esecuzione sul calcolatore. Viene caricato all accensione della macchina e continua a funzionare fino allo spegnimento. Esso si occupa di gestire: Stavvi Minos orribilmente, e ringhia; essamina le colpe ne l intrata; giudica e manda secondo ch avvinghia. i processi (programmi in esecuzione); la memoria centrale (dove sono presenti i processi); la memoria di massa (dove sono memorizzate le informazioni); i sistemi di Input/Output (I/O) con tutte le periferiche (per lo scambio delle informazioni). l interfaccia utente (attraverso la quale si manovra il computer); 1 Aggettivi come efficiente, sicuro, veloce non vanno considerati in modo assoluto: si tratta degli obiettivi del sistema operativo, non necessariamente del loro raggiungimento. Anche se un sistema operativo è peggiore o meno efficiente di altri (cose spesso soggettive), le operazioni che svolge sono le stesse. In questo corso i differenti sistemi operativi sul mercato non vengono giudicati. 2 kernel (=nucleo): software che fornisce ai processi in esecuzione un accesso sicuro e controllato all'hardware

3 Evoluzione e classificazione dei S.O. I primi computer (anni 40) prendevano in input singoli programmi (detti job) attraverso cablaggi tra componenti dell unità centrale: il programma era inserito assieme ai suoi dati e veniva eseguito usando tutte le risorse di calcolo disponibili, per poi stampare l output al termine delle operazioni. Non si può nemmeno parlare di SO, perché il computer funzionava con collegamenti elettrici ed elettronici diretti, effettuati manualmente, da operatrici dette computer (nella foto a fianco, Gloria Ruth Gordon e Esther Gerston, passeggiando all interno dell hardware con i cavi sottobraccio, definiscono i dati da elaborare). Pagate meno dei colleghi maschi, erano comunque scienziate di prim ordine3. Pochi più tardi (anni 50) comparvero lettori di schede e di nastri. Le schede, essenzialmente dei cartoncini perforati, consentivano di mantenere una copia delle istruzioni, e quindi di non dover modificare i cablaggi per ogni nuovo programma; inoltre, una volta trasferite le istruzioni su nastri magnetici, i programmi potevano essere mandati in esecuzione a lotti, anziché singolarmente. I job di un lotto venivano comunque eseguiti sequenzialmente e senza interruzioni: ciascuno rimaneva in coda fino al termine di quello precedente. Al termine del lotto tutti i risultati venivano portati ad un sistema secondario che consentiva di stampare i risultati. Questo modo di eseguire i programmi viene detto elaborazione batch4. Le schede sarebbero state usate fino agli anni 70, anche dopo altre evoluzioni dei sistemi operativi. Con questo modo di operare, programmatori e utenti erano fisicamente lontani dal computer: i programmi, composti da mazzi di schede a volte alti come scatole di scarpe, venivano consegnati alle operatrici (anche qui, generalmente si trattava di donne), che avevano l unica funzione di introdurre le schede nel lettore e riconsegnarli ai proprietari, assieme agli stampati, dopo l elaborazione. L era delle schede perforate Con l introduzione dei dischi (1956) venne adottata una tecnica detta spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line), una registrazione temporanea di dati in memoria per velocizzare le operazioni di input: le schede sono lette ed il loro contenuto (dati compresi) memorizzato su disco; l input del job in esecuzione avviene dal disco; l output è riversato sul disco; dall output su disco vengono stampati i risultati; i dati su disco vengono cancellati (in quanto le memorie sono limitate in capacità). Lo spooling sarebbe stato in seguito adottato anche per la gestione dell output. La quasi totalità dei risultati veniva stampata su moduli continui; a volte, per i disegni, si usavano dei plotter, dispositivi a penna ormai obsoleti (ma con un discreto mercato di appassionati dell usato). Macchine simili ai plotter, ma dotate di lame, vengono tuttora usate per il taglio del vetro o di altri materiali, come metalli e plastica. 3 Queste giovani, fondamentali per il funzionamento dei computer militari, rischiarono di sparire dalla storia, come spesso accadeva alle donne. La loro vicenda fu scoperta nel 1985 da Kathy Kleiman, programmatrice e avvocato specializzato in informatica. Il gruppo originale delle sei computer era composto da: Frances Bilas Spence, Jean Jennings Bartik, Ruth Lichterman Teitelbaum, Kathleen McNulty Mauchly Antonelli, Frances Betty Snyder Holberton, Marlyn Wescoff Meltzer. 4 Batch = a lotti : termine mutuato dai panettieri, indica l infornata di un gruppo di coppie di pane per la cottura

4 Evoluzione La presenza dell unità disco (anni 60) permise anche di eseguire più job (a quel punto denominati task), caricati contemporaneamente in memoria (multitasking): la RAM inizia ad essere vista come un grande contenitore per i programmi in esecuzione, che, nel caso la CPU necessiti di spazio per i calcoli o i risultati parziali, possono essere trasferiti su disco e sospesi per il tempo necessario: la memoria logica (quella che ogni programma pensa di avere a disposizione) diventa un estensione della memoria fisica (quella effettivamente presente nell unità centrale). In questo modo il programmatore inizia a liberarsi dal compito di dover predisporre la memoria a sua disposizione, anche se spesso era costretto a suddividere il task in blocchi indipendenti, che potevano essere scambiati tra di loro in RAM (una tecnica ormai non più conosciuta, anche perché già predisposta all interno dei moderni sistemi operativi, chiamata overlay). I task vengono mandati in esecuzione da un programma detto scheduler; il controllo della CPU viene assegnato ad un dato task dal programma dispatcher (o CPU scheduler). In questo periodo nasce il bisogno di migliorare l efficienza nello sfruttamento della CPU, il cui uso è solitamente a pagamento. A questo scopo si escogita il meccanismo delle interruzioni (interrupt), attivato quando un task necessita di un operazione di I/O: dal momento che le periferiche hanno tempi elevati rispetto alla CPU (millesimi di secondo contro milionesimi), sospendere l operazione del task fino al reperimento dei dati rende possibile assegnare l unità centrale ad un altro task, riducendo così i tempi morti (nei quali la CPU viene detta idle). Questo meccanismo nasce quando non esistono ancora applicazioni interattive. Questo è il successivo sviluppo della multiutenza; la multiprogrammazione viene estesa con il meccanismo del time sharing (condivisione di tempo). Nei nuovi sistemi, anche il tempo di uso delle risorse viene suddiviso tra i task: in particolare, il tempo della CPU è gestito mediante un timer che scatta periodicamente, assegnando l unità centrale a turno 5. La gestione del timer si aggiunge a quella delle interruzioni, con l obiettivo è di provvedere risposte immediate ad un utente che istruisce direttamente il computer o un programma. I programmi che non necessitano di interazione né di risposte immediate, e che magari consumano molto tempo della CPU, possono essere eseguiti in background, uno stato particolare, a bassa priorità, nel quale si cercano gli intervalli in cui la CPU è libera, interferendo il meno possibile con i processi principali. Il time sharing nasce con la l obiettivo di minimizzare i tempi di risposta alle operazioni dell utente interattivo, che deve essere in grado di lavorare come se avesse il sistema a sua completa disposizione. Se i tempi di risposta del computer si mantengono nell ordine dei secondi, risultano corrispondenti alla velocità di interazione dell utente, che riesce quindi a lavorare in modo continuativo, senza troppe attese. Mentre le unità a nastro venivano gestite sequenzialmente, per le memorie di massa (hard disk) il SO dovette occuparsi anche della gestione del file system, l organizzazione del contenuto di un disco (che verrà esaminata in seguito). Questo si aggiunge alle notevoli esigenze che la multiutenza comporta: controllo dell uso della CPU, sincronizzazione dei task, gestione delle risorse, il tutto con l obiettivo di rendere più efficiente e continuo il funzionamento del sistema, evitando le situazioni di deadlock (blocco). In breve nascono anche sistemi operativi real-time, in cui è necessario ottenere una risposta immediata in situazioni rischiose o di alta precisione. Hard disk da 16 Mb, anni 60 Sistemi real-time governano le centraline di auto o moto, molti processi industriali, e dispositivi medici come pacemaker o alimentatori automatici. Questi sistemi, detti dedicati, non sono oggetto di questo corso. Nei sistemi operativi attuali, le attività, che siano dell utente o del SO, sono dette processi (l evoluzione della terminologia consente di distinguere i periodi storici). Spesso i processi sono suddivisi in unità più piccole, dette thread: diversi thread contenuti nello stesso processo possono condividere alcune risorse (solitamente la memoria centrale del computer). Questa tecnica, detta multithreading, attua il principio detto divide et impera, consentendo di migliorare l efficienza nella gestione delle risorse tramite la sovrapposizione di operazioni distinte. Per fare un esempio molto semplice, capita spesso di visualizzare un filmato da una pagina Web intanto che parte del contenuto non è ancora completamente caricata. 5 Il meccanismo di turnazione viene detto round robin, espressione usata anche per descrivere quei campionati sportivi dove ogni partecipante incontra tutti gli altri.

5 Gestione dei processi Un processo è un programma in esecuzione, che necessita di un insieme di risorse (tempo di calcolo, memoria centrale, memoria di massa, connessioni di rete, periferiche, ecc.) per svolgere la propria attività. Il SO assegna dinamicamente al processo le risorse che questo richiede e inoltre mantiene informazioni su tutti i processi presenti in memoria. Tra le informazioni contenute nel descrittore di processo (PCB, Process Control Block 6 ), che il sistema mantiene per ogni processo attivo, ci sono: l identificatore del processo; lo stato del processo; informazioni sull esecuzione: a che punto il processo è arrivato, quali sono i suoi dati parziali; informazioni relative alle risorse assegnate (tra cui, per esempio, i file aperti dal processo). Lo stato del processo cambia durante il suo ciclo di esecuzione: il processo viene creato e lo stato è nuovo (new); viene quindi ammesso nella lista dei processi che possono entrare in esecuzione (ready); il processo cui viene assegnato l uso della CPU va in esecuzione (running) e resta in tale stato finché non avviene un evento tra i seguenti: o interruzione per gestione dati (I/O): il processo entra in uno stato di attesa (waiting) per la risposta dalla periferica consultata; una volta terminata l operazione, il processo tornerà nello stato di ready. Per soddisfare richieste contemporanee da più processi, ogni periferica li inserisce in una coda gestita dal proprio driver, lasciando libero il sistema operativo per altre operazioni. o interruzione per termine dello slot di tempo a disposizione del processo 7 : il processo torna nello stato di ready, in attesa di una nuova attivazione da parte dello scheduler, dopo di che riprenderà l esecuzione dal punto in cui era stato interrotto; o il processo esegue una istruzione di fine lavoro, o incontra un errore irreversibile 8 : passa allo stato di terminated, e lo spazio da esso occupato in RAM verrà rimesso a disposizione (riallocato). Un altro tipo di interruzione avviene quando un processo effettua una richiesta d uso di parti di memoria o di dati non presenti in RAM, ma in memoria virtuale. Questa è una situazione molto comune quando la memoria centrale ha dimensioni ridotte, ed è detta page fault. Capita, per esempio, quando si riprende l esecuzione di un programma lasciato a lungo inattivo, o si naviga all interno di documenti molto grandi, che il software di gestione suddivide in blocchi, lasciando in RAM solo quelli in elaborazione, per non occupare troppo spazio. Ad ogni interruzione viene anche salvato il contesto d esecuzione, ovvero lo stato dei registri al momento dell interruzione, che dovrà essere ripristinato quando il processo tornerà running. In entrambe le situazioni, l operazione viene detta context switch (cambio di contesto). Considerazioni analoghe si hanno anche quando i processi sono suddivisi in thread. 6 Prima era detto TCB (Task Control Block) 7 Alcuni manuali chiamano questa situazione timed waiting. 8 La gestione delle situazioni di errore viene detta error trapping; quando l errore non viene intercettato correttamente, il processo va in crash, o, come si diceva in tempi ormai trascorsi, in abend (abnormal end). Può essere errore irreversibile una divisione per zero, se un programma non ha previsto possibilità alternative di elaborazione.

6 Sistemi Operativi per PC Il concetto di sistema operativo nasce negli anni 50. Il primo del quale si ha nome e traccia potrebbe essere stato GM-NAA I/O, sviluppato nel 1956 da Robert Patrick (General Motors) e Owen Mock (North American Aviation) per gestire i sistemi batch IBM delle rispettive ditte. Nel 1959 nasce una versione perfezionata chiamata SHARE (o anche SOS), poi distribuita dalla IBM con il nome di IBSYS. Siamo ancora nell era dei tecnici in camice bianco, gli unici che avevano la possibilità di toccare il computer, sempre in ambienti asettici ed a temperatura costante (21 ). Alla fine degli anni 60 la AT&T (allora la maggior compagnia telefonica USA) sviluppa UNIX, un sistema operativo con interfaccia testuale ed interazione tramite riga di comando, nato per i computer delle serie PDP costruiti dalla DEC 9. A questo SO si ispirarono quelli destinati ai Personal Computer: in particolare, il CP/M (Control Program for Microcomputers 10 ) ed il successivo MS-DOS 11. Sui PC sono comparsi brevemente altri sistemi operativi, tutti soppiantati dal DOS (1981), e da Windows (circa 1995). Anche un sistema successivo UNIX: Thompson, Ritchie, Kernighan (OS/2) fece la stessa fine. L interfaccia grafica con mouse (GUI: Graphical User Interface) compare nel computer Xerox Alto (1973). Tutte le altre GUI sono ispirate 12 a questa, comprese quelle che alcuni sostengono essere originali. Al momento, i sistemi operativi per PC sono di due categorie: sistemi Windows (proprietari) e sistemi UNIXlike (anche se sono tutti derivati da UNIX). Tra questi ultimi ci sono quelli open-source, come, ad esempio, MINIX, XENIX, GNO/Linux 13 ), e uno proprietario che funziona in ambiente Apple, chiamato Mac OS X 14. Sistemi operativi Microsoft Sono da sempre i più diffusi nelle piattaforme ad uso personale, con buona pace dei loro detrattori. La ragione storica di questo sta nell uscita, nel 1981, del Personal Computer IBM. Al momento la IBM (soprannominata Big Blue) era l azienda dominante, quella che stabiliva il mercato, per cui l introduzione del PC diede uno standard che cancellò di fatto tutti gli esperimenti precedenti, compreso l unico definibile come standard (il CP/M). Avendo la IBM scelto il sistema operativo DOS di William Bill Gates, questo diventò lo standard di fatto. Il ben noto (per molti, famigerato) Windows nasce come applicazione DOS, per offrire un interfaccia grafica alle operazioni di sistema (questo fino alla versione 3.11). Negli anni si sono succedute, più o meno regolarmente, varie versioni: Windows 95, 98, 2000, Millennium, XP, Vista, 7, 8, e 9. GNU/Linux Gli amanti del software libero e dell open source preferiscono affidarsi a una delle svariate distribuzioni del sistema operativo GNU/Linux (impropriamente chiamato Linux), derivato, come tutti del resto, dallo storico UNIX. La sigla GNU è un gioco di sigle che significa GNU s Not Unix, ed è stato scritto quasi in prima persona dall americano Richard Stallman. Linux, sviluppato a partire dal 1991 dal finlandese Linus Torvalds, è solamente (per modo di dire: in realtà è un ottimo prodotto) un kernel che è stato inserito nel resto del sistema GNU. A leggere le interviste, pare di intuire che Stallman e Torvalds non siano in termini esattamente amichevoli. Stallman non sembra del tutto felice che il sistema operativo sia attribuito a Torvalds; Torvalds, da parte sua, non sembra approvare la dedizione maniacale di Stallman alla libera circolazione del software. 9 Ora estinti, sono entrati comunque nella storia come i primi computer a portata di uomo (e non di tecnico-sacerdote in camice bianco). 10 Negli anni 70 erano usati i termini minicomputer (per i piccoli sistemi multiutente) e microcomputer (più tardi personal computer). 11 Esistevano molti sistemi analoghi, come PC-DOS, DR-DOS, FreeDOS, Novell DOS, ed altri. 12 Anticamente si diceva copiate. 13 Linux NON è un sistema operativo completo: è un kernel per il sistema GNU. 14 In realtà si tratta di una versione glorificata di UNIX, rivestita con un interfaccia grafica e spacciata come geniale.

7 Installazione Rispetto ai primi anni 90, abbiamo assistito ad una notevole evoluzione dei sistemi operativi; siamo passati da sistemi con shell testuali (di cui rimane traccia nel Prompt dei comandi di Windows, e anche in certi oscuri comandi in GNU/Linux) a sistemi con interfacce grafiche sempre più intuitive con utility che permettono di svolgere ogni tipo di operazione, dalla formattazione di un disco alla gestione dei programmi TV. Di conseguenza, i programmi di installazione che prima erano distribuiti su floppy disk ora sono distribuiti in DVD o con altre modalità 15. Quando acquistiamo un personal computer possiamo richiedere una versione OEM (Original Equipment Manufacturer) del sistema operativo, che viene solitamente preinstallata sull hard disk, e talvolta, alla prima accensione, richiede le informazioni per la configurazione del sistema. È possibile poi registrare dei CD o DVD di ripristino per poter reinstallare o modificare una o più componenti del sistema. Un sistema operativo può essere installato usando diversi dispositivi e tecniche: supporti ottici come CD e DVD, generalmente compatibili con tutti i sistemi, anche se non con i net-pc; un sistema lento ma efficace; memorie a stato solido USB (pen-drive) o dischi removibili; un sistema veloce ed affidabile, però non tutti i sistemi supportano questa operazione; rete (Network-based): rispetto ai precedenti dà la possibilità di eseguire più installazioni in parallelo; anche se molto lenta, è una soluzione comunemente usata dove è presente una LAN di medie/grandi dimensioni con decine di computer da predisporre. installazioni ibride (CD+rete), in certi sistemi GNU/Linux (Debian, Fedora) clonazione: dopo avere installato il SO su un singolo computer, opportuni software consentono di replicare l installazione su altri; questo per evitare di ripetere la stessa procedura molte volte. Ogni sistema operativo ha requisiti minimi che possono variare da sistema a sistema e che possono dipendere anche dal tipo di installazione che si vuole effettuare. Generalmente si parla di configurazione hardware minima e configurazione consigliata: per configurazione minima si intende quella che permette al sistema operativo di andare in esecuzione. Se uno dei requisiti minimi non è soddisfatto il sistema operativo in questione non può essere installato e bisogna procedere ad un aggiornamento dell hardware (o cambiare computer). Per configurazione hardware consigliata, invece, si intende quella ottimale che permette al sistema di andare in esecuzione fornendo delle buone prestazioni. In realtà la configurazione minima non è solitamente in grado di funzionare in modo soddisfacente (e talvolta non funziona proprio). Per quanto riguarda l eventuale aggiornamento dell hardware, è una situazione impraticabile: ci sarebbero quasi certamente componenti obsoleti, incompatibili con quelli disponibili sul mercato. Convivenza Sullo stesso PC è possibile installare più sistemi operativi. Se si sceglie di installarli su partizioni fisiche separate (che verranno esaminate più avanti), potrà poi operare solamente un sistema alla volta; una soluzione più flessibile è quella di usare macchine virtuali, per consentire a tutti i sistemi di operare contemporaneamente, anche se sotto il comando di quello effettivamente funzionante. Se i sistemi da installare sono tutti Microsoft (ad esempio: XP, Vista, 7), l ordine d installazione deve essere dal sistema più vecchio al sistema più recente, per motivi di compatibilità. Se i sistemi sono GNU/Linux si può procedere con una qualsiasi sequenza purché all ultima installazione il computer venga configurato per avviare tutti i sistemi. Se invece sullo stesso PC si vogliono installare entrambi i tipi di sistemi, si consiglia di installare prima i sistemi Microsoft e poi quelli GNU/Linux (più versatili). 15 Anche perché i floppy disk da 1.44 Mb sono stati abbandonati da parecchi anni.

8 PROCESSO DI AVVIO DI UN SISTEMA OPERATIVO Il processo di avvio di un sistema operativo viene chiamato, per lunga tradizione, boot, abbreviazione di bootloading, a sua volta abbreviazione di bootstrap loading. Le bootstrap sono le strisce di cuoio cucite agli stivali per facilitarne la calzata 16. In tempi ormai andati (quelli dei camici bianchi) si usava la sigla IPL 17 (Initial Program Load). BIOS e MBR Il BIOS (Basic Input-Output System 18 ) è il primo programma che viene eseguito all avvio del PC. Il BIOS risiede in una memoria permanente di tipo EEPROM (ROM 19 programmabile) che conserva le informazioni anche quando il PC è spento. Il BIOS mantiene parecchie informazioni, tra cui la boot sequence (sequenza di boot), l elenco dei dispositivi dai quali caricare il sistema operativo, che vengono esaminati nell ordine, fino a quando non se ne incontra uno funzionante 20. Una tipica boot sequence è: hard disk, CD, USB. Dal dispositivo di boot il BIOS estrae il MBR (Master Boot Record) che contiene i dati necessari per il boot del sistema. Detto anche settore di avvio, occupa la zona iniziale dell hard disk. Il BIOS svolge le seguenti funzioni: La fase POST (Power-On Self Test) esegue una serie di test diagnostici sull hardware per verificare il corretto funzionamento dei principali dispositivi (CPU, RAM, scheda video, memorie di massa, mouse e tastiera): nel caso vengano rilevati errori questi vengono segnalati tramite un codice sonoro (una sequenza di beep che indica qual è il dispositivo guasto); La fase di bootstrap in cui, seguendo la sequenza di boot, viene individuato il dispositivo da cui leggere le informazioni per il boot, viene letto il MBR e si procede con l avvio del sistema operativo. Avvio nei sistemi Windows 1. POST (Power-On Self Test): controllo del corretto funzionamento dei principali dispositivi hardware; 2. il BIOS individua ed esamina il MBR, poi avvia il bootloader 21 che legge il file di configurazione 22 ; in caso di multi-boot, l utente sceglie il sistema operativo; 3. Caricamento del kernel; 4. Caricamento dei driver; 5. Avvio dei programmi residenti (quelli che restano sempre in memoria centrale: in Windows sono detti servizi; in altri sistemi daemon); 6. Login (autenticazione); 7. Avvio: vengono caricati desktop, icone e programmi in avvio automatico (quelli che l utente ritiene di usare sempre, risparmiandosi così la necessità di attivarli). Le versioni di Windows dalla 7 in poi hanno sostituito il file di configurazione con dati detti BCD (Binary Configuration Data), modificabili con i programmi chiamati MSCONFIG e BCEDIT. In precedenza venivano usati dei file di testo (boot.ini) contenenti le descrizioni delle modalità di boot, la cui complessità sempre crescente ha reso consigliabile la ricerca di formati più flessibili e veloci da consultare, analoghi a quelli del registry. Per gli amanti del rischio c è anche un opzione del Pannello di Controllo, chiamata Configurazione di Sistema. 16 L espressione deriva da to pull oneself up by one s bootstraps, storpiatura di una delle incredibili avventure del Barone di Munchhausen (R.E.Raspe, 1781). 17 Dalla sigla IPL certi manuali in italiano ricavavano la dubbia indicazione di ipiellare la macchina 18 Si chiama Input-Output perché nei primi sistemi Windows conteneva anche i driver per le periferiche 19 ROM = Read Only Memory 20 In mancanza di un dispositivo funzionante, di solito sono guai 21 bootmgr.exe in Windows (ntldr.exe in Windows XP); GRUB o LILO in GNU/Linux; BootX in Mac 22 BCD data in Windows (boot.ini in Windows XP); lilo.conf o grub.conf in GNU/Linux.

9 Patch e service pack Le patch e i service pack sono aggiornamenti che il produttore del sistema operativo mette a disposizione per correggere i problemi (bug). La differenza sta nell entità dell intervento: un patch serve a correggere un determinato bug, un service pack di solito è molto più consistente, e, oltre a raggruppare tutti i patch rilasciati fino a quel momento, talvolta aggiunge nuove funzionalità al sistema operativo. Durante l installazione degli aggiornamenti il sistema effettua un backup dei file modificati in modo da poter disinstallare il patch o il service pack (operazione detta rollback). Lo strumento che permette di verificare gli aggiornamenti nei sistemi Microsoft è Windows Update, attivabile dal menu Start o anche da Internet Explorer (menu Strumenti). Il programma viene avviato in una finestra di Internet Explorer, ma è forse consigliabile scaricare l aggiornamento ed eseguirlo direttamente dall hard disk. Il controllo può essere: Rapido: effettua la verifica solo degli aggiornamenti critici Personalizzato: effettua la verifica di tutti gli aggiornamenti disponibili permettendo all utente di scegliere quali aggiornamenti installare. Nella parte destra viene indicato se sono attivi o meno gli aggiornamenti automatici. Aprendo ogni voce è possibile vedere in dettaglio gli aggiornamenti possibili; dopo aver selezionato quali aggiornamenti installare viene mostrato l elenco nella parte destra della finestra. Ogni aggiornamento è rappresentato da un titolo e un codice Microsoft (di solito ha il suffisso KB e una sequenza di numeri); è possibile visualizzare i dettagli ed effettuare ulteriori selezioni. Anche i sistemi non Windows hanno le loro patch: Oltre ai sistemi operativi, è comune trovare patch anche per applicazioni varie:

10 File Syste ystem

11 Introduzione Il file system (FS) è una componente fondamentale del sistema di calcolo, dato che definisce e controlla l accesso alla memoria di massa da parte di utenti e applicazioni. Senza di esso, le informazioni su un disco sarebbero un insieme indefinito di dati, senza modo di riconoscerli e distinguerli. I dati sono memorizzati sui dischi in sezioni separate, individuate da un nome, dette file. Il termine è lo stesso che viene usato per gli armadi metallici usati nelle aziende per archiviare pratiche e schede. Anche il termine cartella, che indica un contenitore secondario dove si possono raggruppare più file, viene dal mondo del lavoro d ufficio. Nel passato, le cartelle venivano chiamate directory, termine che indica un qualsiasi elenco, ed in particolare quello telefonico. Con file system non si indicano solo i file (intesi come blocchi di informazioni indipendenti), ma anche la struttura e le regole usate File, cartella, directory per gestirli. Ci sono molti file system diversi, ciascuno con la propria struttura e la propria logica: cambiano, ad esempio, velocità, flessibilità, misure di sicurezza, dimensioni. In alcuni casi, i FS sono stati progettati per unità specifiche (come è avvenuto, ad esempio, per i CD e poi per i DVD). Esistono diversi dispositivi di memoria, ciascuno con il suo tipo di supporto. Quello più usato è il disco fisso (hard disk, hard drive), un piatto di metallo con superficie magnetizzata, sulla quale i bit dei dati sono registrati con impulsi elettrici che attivano una testina magnetica di lettura/scrittura. I dischi fissi risalgono agli anni 50, ed erano inizialmente chiamati Winchester. Nelle memorie a nastro DAT (Digital Audio Tape, eredi delle prime memorie di massa) i principi fisici della registrazione sono ancora magnetici. Nei dischi ottici (CD e DVD) i byte sono rappresentati da indentazioni nella superficie di plastica. Nelle memorie flash (come i pen-drive e le schedine delle macchine fotografiche), i dati sono registrati su dispositivi elettronici tramite un procedimento chiamato Fowler-Nordheim tunneling, che ha le sue basi nella meccanica quantistica. A volte anche la RAM del computer può essere usata per contenere un file system temporaneo (disco virtuale), con le stesse convenzioni usate per i dischi: l unica differenza sarà nel nome (o la lettera) che verrà assegnato alla zona usata. Le cartelle sono raggruppamenti separati di file, presumibilmente associati tra loro. Mentre nelle prime unità di memoria la struttura del file system era flat (piatta), ora è possibile strutturare un sistema gerarchico di cartelle con un organizzazione detta tree. Gli alberi informatici sono rovesciati, con la cartella principale, detta radice (root) in alto: ogni cartella può contenere file o altre cartelle. Gli elementi della struttura sono detti nodi, e quelli terminali sono detti foglie. Rispetto ad una sottocartella, quella che la contiene viene detta parent folder; a sua volta, quella subordinata viene detta child folder. Le parentele si fermano lì (non ci sono nonni, né cugini, né nipoti). I file sono identificati, oltre che dal loro nome, dall unità e dalla cartella nelle quali risiedono. Nei sistemi Windows, il nome dell unità è tradizionalmente una lettera. Dato che la struttura ad albero indica quali cartelle si incontrano per definire la posizione di un elemento, il nome completo di un file è detto pathname (path=cammino), dove, proseguento l analogia botanica, incontriamo: cartella, stem (stelo), estensione. C:\storage\data\inventory.jpg L estensione indica il tipo di file e l uso a cui è destinato. Ad esempio, exe viene usato per programmi e applicazioni, jpg per immagini, mp3 per clip audio, e così via per migliaia di casi diversi. Ogni file system prevede convenzioni per i nomi dei file: ad esempio, la lunghezza massima in caratteri del nome e dell estensione, i caratteri ammessi, il numero di livelli di sottocartelle, se le lettere maiuscole e minuscole sono significative. A dispetto di tutte le possibilità offerte, sono generalmente sconsigliati caratteri strani (non alfanumerici, tranne trattini o underscore), e anche gli spazi, per possibili incompatibilità tra file system diversi.

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