Sistemi Operativi. Gianluca Della Vedova. Sistemi Operativi. Gianluca Della Vedova. Sistemi Operativi. Gianluca Della Vedova.

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1 Programmi applicativi Un programma applicativo (o applicativo) è un eseguibile che può essere utilizzato dall utente e che ha funzionalità di alto livello (word processor, spreadsheet, DBMS) Univ. Milano-Bicocca Sistema operativo Sistema operativo Un sistema operativo (OS) è tutto ciò che si occupa della gestione dell hardware. Un OS deve fornire l infrastruttura necessaria ai programmi applicativi. Il kernel è la componente del OS che viene eseguita in uno stato particolare (supervisor mode) del processore. Il kernel è la parte dell OS più vicina all hardware Un sistema operativo (OS) è: una macchina virtuale: fornisce una interfaccia più semplice per accedere all hardware sottostante (chiamate di sistema) un gestore di risorse: tali risorse non sono solo hardware, ma anche tempo di calcolo, ecc. Processo Processo Un processo è un programma in esecuzione. un programma è statico (la sequenza di istruzioni è fissata) un processo è dinamico (lo stato in cui si trova varia nel tempo). Un processo contiene tutte le informazioni riguardanti il suo stato (ad es. l ultima istruzione eseguita). Un processo può accedere a tutto il computer solo virtualmente Multitasking Stati Più processi possono essere presenti nel sistema Più processi possono concorrere per l accesso alle risorse Alcune risorse (processore) possono essere utilizzate da un solo processo alla volta. Un processo può essere in uno dei seguenti stati: In esecuzione, il processo sta utilizzando la CPU pronto, il processo attende di utilizzare la CPU bloccato, il processo attende che un evento esterno si verifichi (ad es. attende l input).

2 IPC Thread I processi possono comunicare fra loro (IPC = interprocess communication) tramite: pipe affinchè l output di un processo diventi l input di un altro processo. cat documento lpr socket che permettono una comunicazione bidirezionale che avviene su indirizzi (porte) predeterminate. (porta 80) I processi sono separati fra loro e sono completamente indipendenti. Un processo ha delle risorse ed è in esecuzione. Un processo contiene uno o più thread che condividono le stesse risorse (ad esempio condividono la stessa memoria), ma l esecuzione dei thread è distinta. Programma multithreaded Scheduler Un word processor potrebbe essere un unico processo con i seguenti thread: gestione input da tastiera gestione output su schermo gestione formattazione testo gestione salvataggio automatico Uno dei compiti di un OS è quello di regolare l accesso dei processi alle risorse, in particolare alla CPU Questo viene fatto attraverso l algoritmo di scheduling Tipi di processi Obiettivi I processi si suddividono in base alle risorse che utilizzano in: CPU-bound - processi che sfruttano molto il processore I/O-bound - processi che utilizzano in maniere prevalente unità di input/output Un algoritmo di scheduling ha come obiettivo: massimizzare il numero di processi portati a completamento minimizzare il tempo di completamento dei processi Tipi di algoritmi Shortest time first Gli algoritmi di scheduling (e di conseguenza gli OS) si dividono in: prelazionali (preemptive), sono in grado di interrompere l esecuzione di un processo prima che sia terminato o in stato di blocco. non prelazionali se deve attendere che il processo termini o sia bloccato. Il prossimo processo ad accedere alla cpu deve essere quello che la utilizza per il minimo tempo è ottimale non è realizzabile (richiede conscenza del futuro)

3 Scheduling con priorità Gestione della memoria I processi vengono distinti secondo la loro priorità. La priorità può variare nel tempo Processi I/O-bound hanno priorità maggiore. È necessario evitare che ci siano processi che non accedono mai alla cpu. Uno dei compiti principali dell OS è la gestione della memoria virtuale (gerarchia delle memorie). Logicamente ogni processo ha a disposizione uno spazio unico di memoria La MMU si occupa di mantenere nella memoria più veloce i dati più frequentemente utilizzati Swapping Paginazione Un processo è interamente in RAM o interamente su disco (interamente = tutti gli indirizzi riservati a tale processo). Problemi: la RAM viene poco sfruttata. Tutta la memoria viene divisa in pagine Solo le pagine interessanti vengono portate in RAM Problemi: si aggiunge un livello di complessità nell OS (tabella delle pagine). È necessario dell hardware aggiuntivo (dirty/referenced bits). Strategie File Quali pagine devono essere scritte su disco e rimosse dalla RAM? Minimizzare il tempo totale di accesso alle pagine (ottimale) FIFO = first in, first out LRU = least recently used file: spazio su disco dedicato alla memorizzazione di informazioni. directory: contenitore di file e di altre directory. file e directory hanno un nome unico. file e directory sono organizzati in un ordine gerarchico rappresentato nel nome. Sicurezza Chiamate di sistema Non tutti gli utenti sono uguali Non tutti i file/programmi sono uguali Non tutte le risorse sono uguali I programmi possono accedere alle funzionalità dell OS tramite le chiamate di sistema (system call). Ogni chiamata di sistema è codice da eseguire nel kernel. Esempi: open, read, exec

4 Approcci Almeno due tipi di OS sono distinguibili: monolitici, dove quasi tutte le funzionalità sono implementati nel kernel con microkernel, dove il kernel viene reso il più leggero possibile Thread gestiti dal kernel Processi/thread Processi/thread/fiber CPU distribuita ai thread Kernel sempre Ogni pagina viene in memoria RAM caricato in RAM solo se richiesto Chiamate di sistema API Tutto è un file Tutto è un oggetto I processi condividono Ogni processo delle zone di memoria ha 4G di RAM (sola lettura) privata Scheduling con priorità: quanto + goodness, la CPU va sempre aggiornamento quando al processo con nessun processo può maggiore priorità essere in esecuzione Kernel Disegnato come monolitico microkernel Implementato come monolitico Filesystem ext2 Filesystem NTFS Nomi maiuscoli/ Nomi maiuscoli minuscoli non completo XFS, JFS, ReiserFS FAT16, FAT32 con log Compatibilità Unica gerarchia Una gerarchia per unità Gestione memoria RAM: Least Recently Algoritmo complesso Used per avere sempre delle pagine libere in RAM

5 Sicurezza basata su: utenti e gruppi Access Control lettura/scrittura/esecuzione List