Infrastrutture software

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1 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica Infrastrutture software Interattività uomo - macchina Interattività Slide 2 di

2 Evoluzione dei sistemi operativi Prima generazione di calcolatori non avevano sistema operativo la gestione del sistema era demandata a personale qualificato. (job activity) Link immagini Slide 3 di Evoluzione dei sistemi operativi Sistemi operativi organizzati a batch ed un linguaggio elementare (JCL) Job Control Language che permette di realizzare i primi sistemi multielaborazione Mancano però: Interattività Protezione della memoria Temporizzazione sull esecuzione dei processi Slide 4 di

3 Software di BASE Classificazione del software E un complesso di programmi collegati tra loro che consente l utilizzo minimo del sistema e la sua programmazione Software APPLICATIVO Comprende tutti i programmi destinati a risolvere specifici problemi non legati al funzionamento del sistema. Slide 5 di Fanno parte del software di base FIRMWARE (BIOS - Basic Inpot/Output System - SISTEMA OPERATIVO O.S. o D.O.S. Software di base ROM) Costituito da un insieme di programmi progettati per svolgere funzioni di gestione, controllo e supervisione sulle operazioni dell intero sistema Gestore file (File System) Controllo sulle funzioni I/O Gestione periferiche Gestione rete Gestione memoria Interprete dei comandi - Comandi di processo Gestione del software applicativo Slide 6 di

4 Funzioni di un S.O. Garantire la correttezza e precisione Nella elaborazione e trasmissione dell informazione Gestire la localizzazione delle risorse (anywhere, anytime) Garantire affidabilità, disponibilità e sicurezza Assicurare la privatezza dei dati Garantire la gestione di soluzioni aperte (hardware, software) Gestire le limitazioni delle risorse, gestire conflitti di accesso Infrastruttura software che si interpone tra utente e sistema fisico Slide 7 di Attività del S.O. Controllo esecuzione applicazioni Accesso ai dispositivi ingresso / uscita Controllo accesso (Abilitazione e condivisione delle risorse) Contabilizzazione (user name, password, etc.) Gestione malfunzionamenti Slide 8 di

5 Sistema Operativo generalizzato Interprete comandi Software Applicativo Gestione Memoria Gestione Periferiche File System Nucleo funzioni base (kermel) Gestione del processore Interfaccia rete HARDWARE Slide 9 di Software Hardware Evoluzione dei sistemi operativi Assenza di sistema operativo Il Pr.App deve conoscere bene le caratteristiche del sistema HW su cui sviluppa il software. Kermel sistemi monolitici Al Pr.App. vengono fornite delle routine linkabili con il proprio SW che producono un certo livello di astrazione della componente HW e modalità di esecuzione protetta Pr.App. (Programmatore di applicazioni) Software Kermel Hardware Slide 10 di

6 I sistemi operativi di prima generazione Sistemi operativi Monotasking (un solo software in esecuzione) MS-DOS fino alla versione DOS 6.xx Tempo di CPU Tempo per operazioni di input - output Slide 11 di Sistemi operativi Monolitici Basati su un nucleo (Kermel) formato da software per la gestione dei dispositivi ingresso / uscita (un solo processo in esecuzione e due modalità operative) Modalità utente (user mode) Il processo in esecuzione non può accedere liberamente alle risorse del sistema che sono controllate dal supervisore il quale riceve dal processo una richiesta di servizio tipicamente per le operazioni di I/O Modalità supervisore (kermel mode) Il servizio (software di sistema invocato dal software utente) ha accesso a tutte le risorse senza alcuna limitazione Slide 12 di

7 I sistemi operativi di seconda generazione Sistemi operativi Multitasking senza prelazione MacOS 1 8, Windows 3.x Multitasking con prelazione Tutti gli attuali sistemi operativi Tempo di CPU Tempo per operazioni di input output Processo 1 Processo 2 Processo 3 Sistemi in time-sharing della CPU Slide 13 di Modello Monolitico Modello a strati Modelli organizzativi dei S.O. kermel Sovrapposti (ogni starto è una black box che comunica solo con gli strati contigui) Microkermel Kermel modulari Modello client-server Basato su servizi che il server (strato S.O. fornisce al client Modelli ibridi Modelli a macchina virtuale Slide 14 di

8 Programma Sistemi Operativi È il codice sorgente trasformato in codice eseguibile che risolve un certo problema presente sulla memoria di massa Processo È un programma in esecuzione con tutte le informazioni su cui opera e le informazioni sullo stato di esecuzione (uso della memoria, descrittori dei file utilizzati, thread, ) è esclusa solo la CPU Thread Rappresenta l oggetto a cui è assegnata la CPU per l esecuzione (lo stato della CPU) Slide 15 di Modello a strati di un Sistema Operativo Applicativi.. (software utente) Interprete dei comandi Gestore del file system Unità di memoria di massa indipendenti dalla struttura fisica Gestore delle periferiche Vista dal processo come se fosse a sua completa disposizione Gestore della memoria Vista dal processo come se fosse a sua completa disposizione Nucleo base funzionalità ridotte Descrizione dei processi e concorrenza unico legame con HW Hardware livello fisico Gestione da Processi Virtuali Hardware Abstraction Layer Slide 16 di

9 Approccio microkermel Sistemi Client-Server Software Server Processo Client Processo Client Processo Client Strato Utente Kermel Hardware Terminal Server File Server Print Server Memory Server Kermel Strato Sistema Slide 17 di Macchina virtuale Memoria privata Memoria privata Memoria privata Processo I/O virtuale Processo I/O virtuale Processo I/O virtuale CPU virtuale I/O virtuale CPU virtuale I/O virtuale CPU virtuale I/O virtuale Bus reale File System Gestore Periferiche Gestore Memoria Nucleo Slide 18 di

10 Processi per singola CPU Sono le attività concorrenti che devono essere eseguite secondo criteri di equità e necessità Inizio esecuzione Return from interrupt Schedule Processi pronti Timing Supervisore Processo in Esecuzione nella CPU Interrupt o SVC Termine Operazione di I/O Processi in Attesa per attività lente Avvio Operazione di I/O Fine esecuzione Slide 19 di Paginazione dei processi Gestore della memoria RAM PF0 Memoria fisica divisa in blocchi funzionali PL0 PL1 Processo 1 Paginazione virtuale MMU Memory Management Unit PF1 PF2 PF3 PF4 PF5 PF6 PL0 PL1 PL2 PL3 Processo 2 Paginazione virtuale File di swap File su memoria di massa atto ad emulare blocchi di memoria centrale PF7 Slide 20 di

11 File System e localizzazione dei dati Permette la gestione dei dati (files) nelle unità di memoria di massa per unità fisica Recupero dei dati presenti Registrazione di nuovi dati Eliminazione dei dati Modifica / aggiornamento dati preesistenti Copia dei dati da sorgente e destinazione Gestione della localizzazione dei dati attraverso Indirizzamento dei file e gestione dei nomi Percorsi a livello logico e fisico Unità denominate "a:", "b:", "c:", "d:", fino a "z:" Unità fisiche reali / Partizioni di unità fisiche reali Slide 21 di Struttura ad albero (logico) Livello 1 (zxe) Livello 2 (pqk) Livello 2 (lzg) Livello 1 (bcd) Livello 2 (pqk) Livello 2 (pqk) Radice / Root Livello 1 (ajl) Livello 2 (lzg) Livello 2 (pqk) Slide 22 di

12 Percorso (path) r:\c r:\c\r r:\c\r\f Si voglia raggiungere una informazione contenuta nella cartella r:\c\r\f\t Slide 23 di Organizzazione delle informazioni Le informazioni sono raccolte in FILE identificati con nomi di lunghezza massima predefinita, contengono informazioni tra loro correlare e congruenti (sono paragonabili al singolo libro presente in una biblioteca) Cartelle (directory o folder) contengono più file e/o sottocartelle riguardanti lo stesso argomento ( sono paragonabili ad uno scaffale di una biblioteca dove sono conservati più libri) Slide 24 di

13 Organizzazione delle informazioni Le informazioni sono raggiunte attraverso un Percorso (path) può essere paragonato all indirizzo presente sul frontespizio di una lettera letto al contrario Terra\Europa\Italia\Lazio\Roma\Circoscrizione10\Univ. Tor_Vergata\Medicina\Neuroscienze\Fisiologia\Del Bolgia Un numero telefonico ci permette di raggiungere una destinazione Italia Roma Roma Sud Tor Vergata - Stanza Slide 25 di Percorsi di funzione / dati dal menu di start Slide 26 di

14 Percorsi di funzione / dati dal menu di start Slide 27 di Cambiare per cogliere le istanze dell'utilizzatore Slide 28 di

15 Livello fisico Il disco è suddiviso in tracce (cilindri per dischi sovrapposti) Ogni traccia è suddivisa in settori di dimensione prefissata nella fase di preparazione del disco I settori sono l unità minima indirizzabile nella quale sono memorizzati i dati appartenenti ad un determinato file Il file occupa, in base alle sue dimensioni ed alle dimensioni del settore, un numero di settori pari all intero superiore dato da Byte del file / Byte per sect Slide 29 di Settori e dati ( frammentazione) Ogni traccia è composta da più settori ed in ogni settore è presente un blocco di dati di dimensione prefissata definibile dall'utente in fase di inizializzazione di 4096 byte KB 32 KB - 64 KB i dati di ogni file possono essere memorizzati in settori contigui (file non frammentati) oppure in settori liberi non contigui (file frammentati) Settori utilizzati = Intero superiore (dimensione file / dimemsione settore) Traccia 10 Sect 1 / 4096 Sect 2 / 4096 Sect 3 / 4096 Sect 4 / 4096 Sect 5 / 4096 Sect 6 / 4096 File non frammentati Pippo 2 sect, perde 669 byte Paperino 3 sect, perde 3973 byte FileB 1 sect perde 1507 byte File Pippo / 7523 byte File Paperino / 8315 byte File B / 2589 Sect 1 / 4096 Sect 2 / 3427 Sect 3 / 4096 Sect 4 / 4096 Sect 5 / 123 Sect 6 / 2589 File frammentati File Pippo / 7523 byte File Paperino / 8315 byte Sect 1 / 4096 Sect 2 / 4096 Sect 3 / 3427 Sect 4 / 4096 Sect 5 / 2589 Sect 6 / 123 File B / 2589 Slide 30 di

16 Gruppi di settori (software di analisi stato fisico) Ogni quadrato rappresenta un blocco di settori contigui Spazio Bianco usabile Blu scuro completo con settori contigui Blu chiaro non completo settori contigui Attività di deframmentazione Giallo frammenti in lettura Verde settori in scrittura in fase di deframmentazione Rosso scuro molti frammenti Rosso chiaro meno frammenti Porpora settori di sistema FAT File Allocation Table MFT Master File Table Slide 31 di L indice di una unità fisica MFT Il Master File Table è un file di database dove i record contengono informazioni sui file. Nome lungo del file. Nome in formato 8.3.(MS-DOS) Index (numero del file). Dimensioni dei file. Data e ora di --- creazione / modifica / accesso. Gli attributi del file (tipo, lunghezza, proprietario, ) I diritti di accesso (Access Control List) Elenco dei blocchi (cluster) contenente il file. Altre informazioni (dipendeno dalla versione del S.O.) Slide 32 di

17 Gestione delle periferiche Affinché l utente possa utilizzare dispositivi esterni di qualunque tipologia (mouse, tastiera, convertitori di varia natura sono necessari meccanismi di comando e gestione delle informazioni che siano trasparenti all utente Controller dispositivo hardware (scheda di interfaccia) attraverso segnali di interrupt Driver colloquiano programmi software fatti dal produttore ma inglobati nel sistema operativo regolano il flusso e organizzazione delle informazioni da e verso la periferica Slide 33 di Windows NT e successivi Slide 34 di

18 Struttura delle applicazioni Utente IU IU Interfaccia Utente Si occupa della presentazione richiesta dati e emissione risultati LA LA Logica applicativa Si occupa degli algoritmi utilizzati nell elaborazione durante il trattamento dei dati GD GD Gestione Dati Si occupa dell organizzazione dei dati della loro memorizzazione e reperimento efficace Slide 35 di Ciclo di vita del software EN 64302: Fase 1 - Pianificazione Fase 2 Analisi dei Rischi Definizione obiettivi, alternative, vincoli Realizzare o comprare Studio di fattibilità Identificazione dei rischi (software per dispositivi medici) Fase 3 - Sviluppo Fase 4 - Validazione Fase 5 Rilascio prodotto Progettazione implementazione dei test sviluppo moduli ed integrazione Revisione e verifiche di funzionalità globale Manutenzione fino a fine vita Slide 36 di

19 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica L'Europa e la politica della standardizzazione Le norme che regolano la produzione dei dispositivi medici in Europa Normative Link Sito delle direttive Europee Legislazione corrente ( ) Linee guida (MEDDEV) Norme Armonizzate Slide 38 di

20 Lista degli enti di verifica terzi notificati in Europa (Notibied Body) Normative Link altri Slide 39 di Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica 20