Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e Biomedica. Sistemi Operativi A.A. ( )

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1 Università degli Studi Magna Græcia di Catanzaro Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e Biomedica Sistemi Operativi A.A. ( ) Docente: Prof. Mario Cannataro cannataro@unicz.it /cannataro Date delle lezioni Programma del corso Libri di testo Materiale integrativo Software e link d interesse Esami ed esoneri Come contattare il docente ed il tutor DATE DELLE LEZIONI Calendario II semestre Inizio Corsi: Lunedì 31 Marzo Fine Corsi: Venerdi 20 Giugno Prove in itinere: settimana dal 12 al 17 Maggio (le lezioni sono sospese). Vacanze di Pasqua: dal 24 al 29 Aprile. Lezioni Sessione d'esame: Luglio e Settembre Lunedì dalle 9.00 alle 11.00, aula A1 (Via Smaldone) Giovedì dalle 9.00 alle 11.00, aula A1 (Via Smaldone) 5 CFU PROGRAMMA DEL CORSO [Formato Word] Il corso di Sistemi Operativi ha lo scopo di introdurre i principi di funzionamento e di progetto dei sistemi operativi. Nella prima parte del corso, dopo un breve richiamo all architettura del calcolatore, vengono illustrati i concetti e i meccanismi fondamentali per la gestione dei processi, della memoria, dell'i/o e del file system sui cui sono basati i sistemi operativi moderni. Nella seconda parte del corso viene illustrato il sistema operativo Linux. Nella terza parte del corso vengono introdotti i sistemi operativi distribuiti e i principi della programmazione concorrente. Nel corso si pone

2 una particolare enfasi sui meccanismi di cooperazione e comunicazione tra processi e vengono presentati e discussi esempi di programmazione concorrente tramite l'utilizzo dei meccanismi di concorrenza di Java e delle system call offerte dal sistema operativo UNIX. Il corso è completato da un insieme di esercitazioni sul sistema operativo Linux, sulla programmazione concorrente e sulla programmazione di rete, usando il linguaggio Java. PARTE PRIMA: SISTEMI OPERATIVI Introduzione. Concetti fondamentali, Dai sistemi batch ai sistemi operativi moderni, Struttura del sistema operativo, Componenti di un sistema operativo, System calls. Strutture dei Sistemi di Calcolo. Funzionamento di un calcolatore, struttura dell'i/o, struttura della memoria, gerarchia delle memorie, protezione hardware. Struttura dei Sistemi Operativi. Componenti principali, servizi, systems call, struttura di un sistema operativo, macchine virtuali, approccio a microkernel, generazione di un sistema. Gestione dei Processi. Processi, Threads, Creazione, interazione e terminazione di processi, Schedulazione dei processi, Diagramma di Stato, Algoritmi di scheduling. Cooperazione tra Processi. Sincronizzazione e Comunicazione, Modelli di programmazione concorrente, Meccanismi di cooperazione: semafori, regioni critiche, monitor, scambio messaggi, socket, chiamata di procedura remota, RMI, Deadlock e Starvation. Gestione della Memoria Principale. Tecniche per la gestione della memoria, Swapping, Paginazione e Segmentazione: Concetti ed Algoritmi, Memoria Virtuale: paginazione e segmentazione. File System. Caratteristiche del File System, File e Directory, Protezione, Implementazione del file system. Gestione dei dispositivi di Input/Output. Principi dell'hardware di I/O, Il software per la gestione dell' I/O, Dischi, Scheduling del disco, Clock, Terminali. PARTE SECONDA: LINUX Architettura di Linux Installazione di Linux PARTE TERZA: PROGRAMMAZIONE CONCORRENTE E SISTEMI OPERATIVI DISTRIBUITI Coordinazione distribuita. Ordinamento di eventi in ambiente distribuito, Mutua esclusione, Atomicità, Controllo della concorrenza, Algoritmi di elezione. Sistemi operativi distribuiti. Sistemi operativi di rete, Sistemi operativi distribuiti, File system distribuiti, Programmazione in ambiente di rete. Protezione e sicurezza. Meccanismi di protezione, Cavallo di Troia, Worms, Virus, Tecniche per aumentare la sicurezza di un sistema. ESERCITAZIONI: Installazione di Linux, uso della shell, principali comandi utente e di amministratore Processi e thread in Java, programmazione concorrente in Java Programmazione di rete in Java. LIBRI DI TESTO A. Silberschatz, P. Galvin, Sistemi Operativi, Addison-Wesley, 6 a edizione, ( ) ( )

3 TESTI COMPLEMENTARI A.S. Tanenbaum, I moderni Sistemi Operativi, Jackson Libri, W. Stallings, Sistemi Operativi, Jackson Libri, 2000 MATERIALE INTEGRATIVO SLIDES TEORIA [gentilmente fornite dal Prof. Domenico Talia Università della Calabria] SO-Presentazione.pdf SO-Lezione01-Introduzione.pdf SO-Lezione02-StrutturaSistemi.pdf SO-Lezione03-StrutturaSO.pdf SO-Lezione04-Processi.pdf SO-Lezione05-SchedulingCPU.pdf SO-Lezione06-MemoriaCentrale.pdf SO-Lezione07-MemoriaVirtuale.pdf SO-Lezione08-FileSystem1.pdf SO-Lezione09-FileSystem2.pdf SO-Lezione10-InputOutput.pdf SO-Lezione11-MemoriaMassa.pdf SLIDES ESERCITAZIONI In preparazione CALENDARIO LEZIONI ED ESERCITAZIONI # Data Lezione Esercitazione Marzo Introduzione al Corso Struttura dei Calcolatori Processo di Bootstrap 2. 4 Aprile Meccanismo di Interrupt Gestione I/O: controllo di programma e DMA Protezione hardware: modalità kernel e utente Protezione I/O: istruzioni privilegiate Protezione memoria: registri base/limite

4 Panoramica sulla struttura e funzioni del Sistema Operativo 3. 7 Componenti del Sistema Operativo Il Kernel o Nucleo Concetto di Processo Diagramma di stato dei processi Context Switch Scheduling dei Processi Principali algoritmi di scheduling dei processi: FCFS, SJF, RR, Priorità Gestione della memoria centrale VACANZA PASQUALE I Parte Introduzione alla programmazione concorrente: Problema del Bounded Buffer Race Conditions Il problema della Sezione Critica: Algoritmo di Stretta Alternanza o Turnazione Algoritmo di Peterson Algoritmo del Fornaio II Parte Giovedì 24 aprile (sostituisce 28 Aprile) Soluzioni Hardware per la Sincronizzazione Mutua Esclusione con Test and Set Semafori Sezione Critica di n processi Implementazione dei Semafori Operazioni associate ai Semafori Semaforo come strumento di sincronizzazione Semaforo Contatore Semaforo Binario Esercitazione (vedi 24 Maggio) 9. 5 Maggio Problema del Bounded Buffer con i Semafori Monitor Rappresentazione Concettuale dei Monitor Operazioni associate ai Monitor Implementazione dei Monitor tramite Semafori Problema del Bounded Buffer con i Monitor Thread Definizione di Thread Thread in Java Ciclo di vita di un Thread Thread Metodi per il controllo di Thread Priorità dei Thread in Java Sincronizzazione di Threads - Esempio di inconsistenza - Esempio: Stack Sincronizzato - Metodi di Sincronizzazione associati ai Threads - Esempio: Produttori Consumatori

5 Problema dei Cinque Filosofi Definizione del problema Risoluzione con i Semafori Risoluzione con i Monitor Risoluzione multithreaded con sincronizzazione Java Programmazione concorrente Ambiente locale e ambiente globale Nondeterminismo Gestione della memoria centrale: Paginazione Esercitazione Esercitazione File System Esercitazione Giugno FESTA Esercitazione Gestione I/O Esercitazione Dispositivi di I/O Esercitazione Sicurezza NOTA BENE: le slides sono di ausilio per gli studenti che seguono il corso e non sostituiscono il libro di testo né le lezioni ed esercitazioni svolte in aula. SOFTWARE E LINK DI INTERESSE In preparazione ESAMI ED ESONERI Prova in Itinere: Maggio 2003 Esame del XX/YY/2003 [Tracce, Soluzioni, Risultati] COME CONTATTARE IL DOCENTE ED IL TUTOR Orario ricevimento Prof. Mario Cannataro: cannataro@unicz.it Lunedì dalle alle (previo appuntamento fissato via )

6 Orario ricevimento Dott.ssa Carmela Comito: Giovedì (previo appuntamento fissato via )