Sistemi Operativi. Introduzione. C.d.L. in Informatica (laurea triennale) Anno Accademico Dipartimento di Matematica e Informatica Catania

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1 Sistemi Operativi C.d.L. in Informatica (laurea triennale) Anno Accademico Dipartimento di Matematica e Informatica Catania Introduzione Prof. Mario Di Raimondo

2 Sistemi Operativi 9 CFU (72 ore) Struttura: teoria laboratorio Propedeuticità: Architettura degli Elaboratori Sbarramenti: 42 CFU del primo anno Esame: scritto + orale (prova in itinere)

3 Risorse e contatti Prof. Mario Di Raimondo Home Page: Telefono: Ufficio: MII-32 Blocco III Pagina del corso: Bacheca avvisi (feed RSS) Calendario (feed ical) Forum FAQ

4 Libri e appunti Testo principale: Andrew S. Tanenbaum I moderni sistemi operativi (3 a edizione 2009) Prentice Hall/Pearson ISBN: Testo di approfondimento: Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne Sistemi operativi - Concetti ed esempi (ottava edizione 2009) Addison Wesley/Pearson ISBN: Slide e dispense

5 Cos'è un Sistema Operativo? Un moderno calcolatore è tipicamente formato da: uno o più processori; memoria centrale; dischi; stampanti e altre periferiche di I/O. I dettagli di basso livello sono molto complessi. Gestire tutte queste componenti richiede uno strato intermedio software: il Sistema Operativo. Doppia modalità supportate dall'hardware: modalità kernel (o supervisor); modalità utente.

6 Cos'è un Sistema Operativo?

7 Il sistema operativo come macchina estesa concetto di astrazione

8 Il sistema operativo come gestore delle risorse Da un moderno sistema operativo ci aspettiamo che gestisca: più programmi in esecuzione; più utenti. Necessita allocazione ordinata e controllata di risorse quali: processori, memoria, unità di I/O,... Non solo hardware: file, database,... Multiplexing: nel tempo: CPU, stampante,... nello spazio: memoria centrale, disco,...

9 L'evoluzione dei sistemi operativi

10 Uno sguardo all'hardware Un semplice Personal computer; un unico bus:

11 Processori Ciclo di base: prelevamento (fetch), decodifica, esecuzione Registri particolari: Program Counter (PC); Stack Pointer (SP); Program Status Word (PSW). Progettazioni avanzate: pipeline, cpu superscalare non del tutto trasparenti al SO Modalità di esecuzione. Chiamate di sistema e istruzione TRAP.

12 Processori Multithreading (o hyperthreading): tiene all'interno della CPU lo stato di due thread; non c'è una esecuzione parallela vera e propria; il S.O. deve tenerne conto. Multicore: presenza di due o più core indipendenti; parallelismo effettivo.

13 Memorie

14 Dispositivi di I/O Si indiduano due componenti: il controller: più semplice da usare; il dispositivo in sé: interfaccia semplice ma complicata da usare. esempio: dischi IDE. Ogni controller ha bisogno di un driver per il S.O. Il driver interagisce con il controller attraverso le porte di I/O. Modalità di I/O: busy waiting; con programmazione di interrupt; con uso del DMA.

15 Bus

16 Lo zoo dei sistemi operativi Sistemi operativi per mainframe Sistemi operativi per i server Sistemi operativi multiprocessore Sistemi operativi per personal computer Sistemi operativi per computer palmari/smart-phone Sistemi operativi per sistemi integrati (embedded) Sistemi operativi per sensori Sistemi operativi real-time Sistemi operativi per smart-card

17 Struttura di un sistema operativo Alcune possibili strutture per un SO: Struttura semplice Monolitici A livelli (o a strati) Microkernel A Moduli Macchine virtuali categorie con intersezioni (sistemi ibridi); tassonomia non per forza completa o condivisa.

18 Struttura semplice e monolitici Struttura semplice: nessun supporto dall'hardware per la separazione delle modalità; un unico livello (problemi...) esempi: MS-DOS, UNIX; Monolitici: modalità kernel/utente; un unico kernel che comprende tutte le funzionalità; ogni componente può richiamare tutti gli altri (poco ordinato); poco gestibile nel tempo.

19 Struttura a livelli (o a strati) Si utilizza una gerarchia di livelli; ogni livello implementa delle funzionalità impiegando quelle fornite da quello inferiore; migliore progettazione, più semplice da sviluppare e controllare (incapsulamento tipo OOP); suddivisione a livello progettuale; esempio: THE (Dijkstra '68); variante ad anelli concentrici: separazione forzata da una serie di livelli di esecuzione (supporto hardware) con protezione; esempio: MULTICS; questi sistemi hanno problemi di prestazioni, dovuti alle chiamate nidificate e al relativo overhead.

20 Microkernel Uso di un microkernel minimale che si occupa dello scheduling, memoria e IPC; tutto il resto gestito da moduli (livello utente): filesystem, driver di dispositivi; comunicazione attraverso messaggi; miglior design (componenti piccoli) e migliore stabilità; esempi: MINIX 3, Mach, QNX, Mac OSX (Darwin), Windows NT

21 Struttura a Moduli Idea della programmazione OO applicata al kernel; moduli che implementano un qualche aspetto specifico; filesystem, driver,... kernel principale a funzionalità ridotte; moduli caricabili dinamicamente; design pulito (ad oggetti); efficiente: ogni modulo può invocare qualunque altro modulo direttamente; esempi: Solaris, Linux, Mac OS X (ibrido).

22 Macchine virtuali Estremizzazione del concetto di astrazione e stratificazione: creare uno strato che astragga una copia identica dell'hardware sottostante. Perchè? Uso di più SO, VPS, isolamento dei servizi,... Supporto hardware per efficienza. Viene tutto gestito dallo Hypervisor: Hypervisor di tipo 1: gira sull'hardware; clona esattamente. Hypervisor di tipo 2: è un processo in un SO Host esempio: VMware, VirtualBox. Java Virtual Machine.

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