Parte 3. Sistemi Operativi. Sistema operativo. Il sistema operativo (Operating System - OS): offre le operazioni base necessarie per:

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1 Parte 3 Sistemi Operativi Sistema operativo Il sistema operativo (Operating System - OS): offre le operazioni base necessarie per: l uso efficace del computer mediante funzionalità che non sono fornite direttamente dall hardware agisce da intermediario fra l Utente e l Hardware, per fornire un ambiente nel quale l utente possa eseguire i programmi applicativi in maniera sicura ed efficiente è un insieme di programmi che gestisce tutte le funzioni basilari di un computer (gestione disco, tastiera, video, mouse, reti, ecc.) installato nell hard disk, è un software (di sistema) che viene caricato all accensione del computer (fase di boot) e rimane attivo fino allo spegnimento Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.1 1

2 Sistema operativo - funzioni Esegue il boot Gestisce la memoria centrale (RAM) Gestisce i dispositivi di input/output (disco, stampante, tastiera, video, mouse, ecc.) Gestisce l organizzazione logica dei file Gestisce le connessioni alle reti e le relative comunicazioni di dati Gestisce il caricamento e l esecuzione di programmi Gestisce gli account degli utenti Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.2 Sistemi operativi - tipi Mondo MICROSOFT Windows Hp/UX Mondo Unix - Linux Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.3 2

3 Sistemi operativi - tipi Sistemi operativi più usati: Microsoft Windows Linux Unix (Sun Solaris) MacOSX di Apple (per Macintosh) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.4 Microsoft Windows Vent anni di versioni: 1.0 (1985) (1987) (1990) 95 NT Progettato come Penultimo: XP aggiornamento di Ultimo (2007): Vista Vista quando la Prossimo (2009): Windows 7 base di partenza è buona non si può sbagliare! Esistono anche versioni specifiche per dispositivi palmari: Windows CE e Pocket PC Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.5 3

4 Unix Unix è utilizzato principalmente in ambito aziendale ed in particolare su computer (server, router) inseriti in rete Sviluppato dal Computing Science Research Group dei Bell Laboratories AT&T Nato nel 1969 (prima versione in linguaggio assembly), si è diffuso rapidamente in ambito accademico grazie al fatto che i sorgenti (scritti in linguaggio di programmazione C dal 1973) venivano inviati gratuitamente Oggi, lo Unix più diffuso è Sun Solaris Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.6 Linux Nel settembre 1991 viene completata la versione 0.01 del Kernel linux, resa disponibile sul server dell università di Helsinki da Linus Torvalds Il motivo di tanto successo è stato dovuto alla possibilità di reperire liberamente il codice sorgente di Linux 16 Gennaio 1992: nuova versione che porta novità a livello legale circa la licenza In precedenza era esplicitamente vietato ottenere un qualsiasi li iritorno economico dll dalla sua diffusionei Da questa versione viene adottata la GNU General Public License: essa concede ai licenziatari il permesso di modificare il programma, di copiarlo e di ridistribuirlo con o senza modifiche, gratuitamente o a pagamento Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.7 4

5 Parte 3 Modulo 1: Struttura del Sistema Operativo Sistemi operativi - componenti Kernel (nucleo) la parte più vicina all hardware Programmi di gestione dei dispositivi (driver) Interprete dei comandi Gestore della memoria primaria Gestore dei processori Gestore dell I/O Gestore dei file (File System) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.9 5

6 Sistemi operativi - componenti Elementi principali di un sistema operativo e dei componenti hardware: Hardw ware Sistema Op. Driver SCSI SCSI Kernel del Sistema Operativo (gestione memoria, CPU) Driver Keyboard Keyboard Sottosistema di gestione Input/Output Driver Mouse Mouse Driver PCI Bus PCI Bus Driver Floppy Floppy Driver ATAPI ATAPI SCSI Bus Tastiera Mouse PCI Bus Floppy ATAPI Devices (es. CD-ROM) Meglio fare un passo indietro Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.10 Sistema di Elaborazione + Utente UTENTE Software Hardware APPLICAZIONI? Sistema Operativo SCSI Keyboard Mouse PCI Bus Floppy ATAPI SCSI Bus Tastiera Mouse PCI Bus Floppy CD-ROM Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

7 Un quadro più preciso SW UTENTE APPLICAZIONI Sistema Operativo Hardware Interfaccia utente Gestione file system Gestione memoria, Gestione CPU Sottosistema di gestione Input/Output Driver Driver Driver Driver Driver Driver SCSI Keyboard Mouse PCI Bus Floppy ATAPI SCSI Keyboard Mouse PCI Bus Floppy ATAPI SCSI Bus Tastiera Mouse PCI Bus Floppy (es. CD-ROM) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.12 Scopi di un Sistema Operativo 1. Rendere disponibile un interfaccia user-friendly (amichevole) per l interazione uomo-macchina 2. Fornire un supporto interattivo e per utenti multipli (nel caso di sistema multi-programmato o multi-tasking) 2.1 Gestire i Processi (e l uso della CPU) 2.2 Gestire la Memoria Centrale 3. Fornire un supporto uniforme per l Input/Output 4. Gestire la memoria secondaria Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

8 Prima impressione Se l impressione che avete avuto è che: il Sistema Operativo gestisca tutto, senza il Sistema Operativo, la vita degli informatici i i professionisti sarebbe molto più complessa senza il Sistema Operativo, la vita degli utilizzatori dell informatica sarebbe molto più complessa l evoluzione e la diffusione dell informatica si deve in larga parte anche ai progressi nel campo dei sistemi operativi siete sulla buona strada per capire Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.14 Funzioni del Sistema Operativo Il Sistema Operativo è un software (di sistema) sempre attivo, ovvero sempre caricato in memoria centrale, in tutte le fasi: Fase di avvio (bootstrap) Fase di funzionamento Fase di spegnimento Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

9 Fase di avvio: BOOTSTRAP Fase iniziale che, all accensione del computer, carica il Sistema Operativo in memoria principale i (RAM) per poterlo rendere attivo Il bootstrap avviene in fasi successive: prima viene caricata una piccola parte che si trova in un supporto di memoria elettronica permanente (ROM), che sa dove andare a prendere e caricare un altra altra,..., fino a che tutto il Sistema Operativo (necessario) è in memoria centrale e in esecuzione Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.16 Bootstrap Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

10 Fase di spegnimento: SHUTDOWN Quando il computer è in funzione, utilizza molti dati temporanei che (per efficienza) vengono mantenuti in memoria centrale (RAM) e solo periodicamente o a richiesta vengono memorizzati su memoria secondaria (disco) Lo shutdown consente di fare ordine e pulizia : le informazioni utili temporaneamente in RAM vengono copiate su memoria secondaria che non è volatile le informazioni non necessarie vengono eliminate i canali aperti vengono chiusi, i ecc. Se lo shutdown non viene effettuato correttamente (es., guasto, black-out) c è il rischio di perdere informazioni utili o di trovarsi con dati incongruenti Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.18 Componenti I Sistemi Operativi sono generalmente costituiti da un insieme di moduli, ciascuno dedicato a svolgere una determinata funzione I vari moduli del Sistemi Operativi interagiscono tra di loro secondo regole precise al fine di realizzare le funzionalità di base dalla macchina Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

11 Componenti Interfaccia utente Gestore dell I/O Gestore del File System Gestore dei Processi Gestore della Memoria Centrale *KERNEL Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.20 Componenti Nucleo (kernel) Costituito da quei programmi che realizzano le funzioni più critiche e più vicine all hardware come Operazioni di I/O, Gestione dei programmi di base, Gestione del controllo dei processi File System Gestisce la memorizzazione, il reperimento,il trasferimento delle informazioni contenute nelle memorie di massa. Consente all'utente di organizzare tali dati servendosi delle strutture logiche e delle funzioni ad alto livello Gestione Memoria Interfaccia utente ( Shell ) Manipolazione (visuale) ed amichevole di file e directory, Informazioni sullo stato, caricamento ed esecuzione di programmi Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

12 Kernel del Sistema Operativo Kernel (nocciolo, nucleo) Contiene i programmi per la gestione delle funzioni base del calcolatore Kernel suddiviso in moduli. Ogni modulo ha una funzione diversa Funzioni più importanti: gestione processore gestione processi gestione memoria (principale e secondaria) gestione dispositivi di I/O Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.22 Shell del Sistema operativo Shell (guscio): interfaccia tra SO e utenti Di solito grafica (GUI Graphical User Interface), ma anche testuale Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

13 Parte 3 Modulo 2: Interfaccia utente Componenti Interfaccia utente Gestore dell I/O Gestore del File System Gestore dei Processi Gestore della Memoria Centrale *KERNEL Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

14 Interfaccia utente Tutti i Sistemi Operativi implementano dei meccanismi per rendere agevole l utilizzo del sistema da parte degli utente L insieme di questi meccanismi di accesso al computer prende il nome di Interfaccia Utente Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.26 Interfaccia testuale Due tipi di interfaccia Interprete dei comandi (shell) Esempi: Linux/Unix i (prime versioni), i) MS-DOS Interfaccia grafica (a finestre) Graphical User Interface (GUI) L output dei vari programmi viene visualizzato in maniera grafica all interno di finestre L utilizzo di disegni rende più intuitivo l uso del calcolatore Esempi: Linux/Unix, Microsoft WINDOWS Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

15 Interfaccia testuale Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.28 Interfaccia grafica (GUI) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

16 Il desktop come interfaccia L immagine visualizzata sul monitor quando si accende il PC è colorata o dotata di sfondo l informazione è visualizzata lungo i bordi esterni del desktop, sotto forma di icone ci sono tre tipi base di icone: applicazioni (programmi) cartelle (directory) file (documenti) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.30 Il desktop (cont.) Il desktop è una metafora ORIGINE: lavorare al PC è come sedere ad una scrivania si possono archiviare lavori (file) organizzare gli archivi in raccoglitori (directory) usare applicazioni (un programma o la calcolatrice) OGGI: stare al PC è molto di più di una scrivania: riproduzione video e audio, giochi, apprendimento, navigazione Web, Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

17 PC per Ascoltare la musica Esempio di metafora per l interfaccia utente il software che riproduce i CD sul computer sfrutta un interfaccia grafica (GUI) la GUI somiglia a un comune lettore musicale i pulsanti somigliano a quelli di un tipico lettore CD l utente può applicare alla GUI la sua conoscenza del funzionamento del lettore CD fisico senza avere bisogno di ulteriori istruzioni perché la simbologia gli è familiare Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.32 Simboli Ci sono pulsanti, controlli a scorrimento, pulsanti triangolari, ecc. Tutte forme che mirano ad essere intuitive iti (da usare senza dover consultare il manuale) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

18 Esempio: itunes Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.34 Menu Lista di operazioni che il software può eseguire Quali operazioni sono disponibili (operazioni simili sono raggruppate) Prendono la forma di una barra dei menu Tutte le operazioni che un programma può eseguire sono elencate nei menu Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

19 Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.36 Funzionamento dei menu I menu che si aprono scendendo giù dalla barra si chiamano menu a tendina Quando si clicca il pulsante destro del mouse sono visualizzati i cosiddetti menu pop-up Con un click del mouse si apre il menu, che rivela un elenco di operazioni Scorrendo il mouse lungo la lista, il comando prescelto viene evidenziato i Cliccare o rilasciare il pulsante sul comando evidenziato fa sì che il computer esegua l operazione Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

20 Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.38 Parte 3 Modulo 3: Gestione delle Periferiche (Dispositivi di input/output) 20

21 Dispositivi di Input/Output I dispositivi sono oggetti complessi da gestire! Ad esempio, la maggior parte dei dispositivi sono seriali (es., stampante) e possono essere usati da un solo processo alla volta Tuttavia, molti dispositivi (es., stampante di rete) possono ricevere molte richieste contemporaneamente Servono: Meccanismi per la coordinazione delle varie richieste Diverse strategie per la gestione dei processi in attesa di utilizzare una risorsa Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.40 Necessità per la gestione Input/Output Gestione delle periferiche Rende trasparenti le caratteristiche fisiche delle periferiche Gestisce la comunicazione di segnali verso di loro Coordina l accesso di più utenti (processi) Device Driver delle periferiche (uno per ogni periferica) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

22 Gestione delle Periferiche di Input/Output Il Sistema Operativo deve Fornire all utente visione astratta dei dispositivi comandi per utilizzare i dispositivi Ottimizzare l utilizzo dei dispositivi Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.42 Gestione Input/Output Il SO fornisce un insieme di comandi (linguaggio d interazione tra utente e sistema) che fornisce una visione astratta del dispositivo Es. Stampa: per l utente equivale all invio di un messaggio, indipendentemente da come avviene il trasferimento dei byte Lettura dello stato della stampante Modifica delle caratteristiche della stampa: l utente utilizza un pannello di controllo, senza curarsi dei dettagli implementativi Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

23 Device Driver Il controllo dei dispositivi di I/O avviene attraverso speciali programmi detti Device Driver Ogni dispositivo che si connette al computer (compresi lettori DVD, pen drive, macchina fotografica, ecc.) ha bisogno di un device driver che funga da interfaccia tra il dispositivo fisico e l utente I device driver sono spesso realizzati dai produttori dei dispositivi stessi che ne conoscono le caratteristiche fisiche in maniera approfondita Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.44 Device Driver (Cont.) Questi programmi implementano normalmente le seguenti funzioni: Rendono trasparenti le caratteristiche fisiche tipiche di ogni dispositivo Gestiscono la comunicazione dei segnali verso i dispositivi Gestiscono i conflitti, nel caso in cui due o più processi vogliono accedere contemporaneamente allo stesso dispositivo Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

24 Device Driver (Cont.) Hard dware Sistema Op. Driver SCSI SCSI Kernel del Sistema Operativo (gestione memoria, CPU) Driver Keyboard Keyboard Sottosistema di gestione Input/Output Driver Mouse Mouse Driver PCI Bus PCI Bus Driver Floppy Floppy Driver ATAPI ATAPI SCSI Bus Tastiera Mouse PCI Bus Floppy (es. CD-ROM) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi 3.46 Interrupt Interrupt o interruzione: segnale asincrono che indica il bisogno dell attenzione del sistema operativo Generati dai controller dei dispositivi esterni alla CPU (di solito periferiche - dispositivi di Input/Output) Ogni dispositivo è controllato da un apposito strumento t hardware, detto controller, che ha il compito di comunicare il verificarsi di eventi esterni (dati disponibili, periferica libera, etc.) Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi

25 Spooling Simultaneous Peripheral Operations On-Line (Spool) Meccanismo che svincola la stampa di un file dal resto dell elaborazione: il sistema continua la sua attività mentre la stampa è in corso Stampante più lenta della CPU un file non può essere trasferito troppo velocemente dalla CPU alla stampante Invece di inviare il file: Il file viene messo su disco Il Sistema Operativo crea un processo di spooling che fa procedere la stampa Il processo che ha richiesto la stampa è svincolato da essa Lo spooling può andare in esecuzione anche su un elaboratore remoto collegato in rete (print server) lo eseguirà un altra CPU Informatica - A.A. 2009/ Sistemi operativi