Sistemi Operativi: avvio

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1 Sistemi Operativi: avvio All avvio del computer, terminate le verifiche del BIOS, il controllo passa al sistema operativo. Il Sistema Operativo opera come intermediario tra l hardware del sistema e uno o più utenti. Informatica - G. Caminiti 1

2 Sistema Operativo: funzioni Due sono le funzioni principali svolte da un sistema operativo: gestione delle risorse hardware interfaccia verso l utente Come tali funzioni vengano svolte, e se sia interamente il sistema operativo ad occuparsene, dipende dal dispositivo in questione. Informatica - G. Caminiti 2

3 Dispositivi Esistono diversi dispositivi elettronici la cui complessità ha reso necessario dotarli di un sistema operativo. Informatica - G. Caminiti 3

4 Dispositivi La gestione dell hardware è un aspetto di secondaria importanza per gli utenti di questi dispositivi. L interfaccia ha un importanza maggiore, ed è sia fisica che virtuale (software). Informatica - G. Caminiti 4

5 Il SO come intermediario tra HW e SW HW HW SW Software = SO + applicazioni SW SO SW (appl) Informatica - G. Caminiti 5

6 Composizione di un SO Utente Interprete comandi Gestione periferiche SW applicativo HW Gestione processore Gestione memoria File system Sistema Operativo Informatica - G. Caminiti 6

7 Sistemi operativi: struttura interna Informatica - G. Caminiti 7

8 Livelli La struttura di un sistema operativo, tipicamente, è quella a cipolla: Informatica - G. Caminiti 8

9 Livelli L hardware è avvolto, ricoperto da una serie di strati di software. Ciascun livello: usale funzionalità di quello sottostante fornisceserviziservizi al livello che segue nella gerarchia gestisce delle risorse mediante politiche invisibili ai livelli superiori Informatica - G. Caminiti 9

10 Macchine virtuali Si crea, in questo modo, una gerarchia di macchine virtuali. l esperto che scrive un sistema operativo vede il sistema come un insieme di risorse fisiche da comandare direttamente; coluicheprogetta un ambiente di programmazione vede la macchina come l insieme delle funzioni messe a disposizione dal sistema operativo; Informatica - G. Caminiti 10

11 Macchine virtuali l utente che usa un linguaggio di alto livello per progettare un programma applicativo vede l elaboratore come l insieme delle funzionalità messe a disposizione dall ambiente di programmazione; per l utilizzatore di un programma applicativo, infine, il sistema appare virtualmente come l insieme dei comandi chepuòfornireallamacchina per soddisfare le sue esigenze. Informatica - G. Caminiti 11

12 Macchine virtuali Riassumendo: l utente finale del sistema interagisce solo con il livello più esterno della gerarchia. Idealmente, l utente finale è ignaro di tutti i dettagli delle operazioni svolte dai livelli inferiori. Potrebbe (sempre idealmente) essere a conoscenza solo delle operazioni che è interessato ad effettuare. Informatica - G. Caminiti 12

13 Gestione CPU Il livello più basso è quello del kernel (nucleo). Questa parte del sistema operativo si occupa di gestire l esecuzione dei programmi. Un programma in esecuzione è detto processo. Il kernel distribuisce le risorse di calcolo tra i vari processi attivi. Informatica - G. Caminiti 13

14 Gestione CPU Una prima distinzione è dunque tra quei sistemi che eseguono un processo per volta e quelli in grado di gestirne diversi contemporaneamente. I primi sono detti monotask (es. MS-DOS) Questi ultimi sono detti multitask (es.. Windows) Informatica - G. Caminiti 14

15 Processi e programmi Un programma è una entità statica composta dal codice eseguibile del processore. Un processo è una entità dinamica relativa al programma in esecuzione, ed è composto da: codice del programma dati necessari all esecuzione del programma stato dell esecuzione Informatica - G. Caminiti 15

16 Esecuzione di un processo Operazione I/O completata Processo attivo Processo in attesa Richiesta di operazione I/O Ogni operazione di I/O consiste in una chiamata al SO e successiva sospensione del processo utente per attendere l esecuzione dell operazione di I/O Informatica - G. Caminiti 16

17 La Multiprogrammazione Progr. 1 Progr. 2 Progr. 3 tempo Attesa per operazioni di I/O Elaborazione Informatica - G. Caminiti 17

18 Time Sharing È possibile condividere la CPU tra più processi interattivi, suddividendo il tempo di esecuzione del processore tra più utenti Ogni processo utilizza periodicamente un intervallo di tempo prestabilito (quanto) Durante il quanto di esecuzione di un processo, tutti gli altri processi sono sospesi Al termine di ogni quanto (context switch), il processo in esecuzione viene sospeso e si assegna la CPU ad un altro processo. Informatica - G. Caminiti 18

19 Processi pronti ed in attesa Quando un processo non è in esecuzione può assumere due diversi stati: attesa: il processo è sospeso finché un determinato evento esterno non si verifica (i.e., I/O) pronto: il processo è sospeso finché non gli viene concesso l uso della CPU in ogni instante di tempo vi è un solo processo attivo, e tutti gli altri sono o in attesa o pronti, e memorizzati in apposite code che ne indicano l ordine di esecuzione. Informatica - G. Caminiti 19

20 Diagramma di esecuzione Selezione primo processo pronto e sua esecuzione Inizio esecuzione (accodamento) Coda processi pronti Processo attivo Termine elaborazione Termine quanto di tempo Completamento operazione I/O Coda processi in attesa Richiesta operazione I/O Informatica - G. Caminiti 20

21 Round Robin Richiesta I/O Fine utilizzo I/O Proc. 1 E P P E A A A P P E Proc. 2 P E P P E P E E P P Proc. 3 P P E P P E P P E P quanto Context switch tempo Informatica - G. Caminiti 21

22 La memoria è una risorsa essenziale e limitata. Essenziale, perché ogni programma in esecuzione (processo) deve essere caricato in memoria, e così i dati su cui opera. Limitata, perché nei sistemi moderni possono essere attivi più processi nello stesso tempo. Gestione memoria Informatica - G. Caminiti 22

23 Gestione memoria Dal momento che la memoria di sistema (RAM) è una risorsa finita, nell allocarla ai vari processi il sistema operativo deve risolvere vari problemi: trovare spazio per i vari processi; ridurre la frammentazione. Informatica - G. Caminiti 23

24 Gestione memoria (Frammentazione) A B C A B C In memoria sono caricati i processi A e B. Anche C viene caricato in memoria. Il processo B termina, e libera la memoria. A C D Il processo D non trova spazio in cui inserirsi, anche se la memoria libera complessiva sarebbe sufficiente. Informatica - G. Caminiti 24

25 Gestione memoria (Frammentazione - 2) A C A C D Il processo D non trova spazio in cui inserirsi, anche se la memoria libera complessiva sarebbe sufficiente. A C D Il processo D troverà spazio nella memoria libera. Il processo C viene spostato in una zona di memoria contigua a quella occupata dal processo A Informatica - G. Caminiti 25

26 Gestione memoria: paginazione E anche possibile suddividere la memoria in blocchi (pagine fisiche). I programmi da caricare dovranno essere divisi in pagine logiche. Memoria (RAM) Processi E F G Informatica - G. Caminiti 26

27 Gestione memoria: : swapping Il sistema operativo può riservare un area di un disco per lo swapping. A A C D B C C B D D viene caricato in memoria. In memoria sono presenti A, B, e C. D non trova spazio. C viene copiato su un disco dal gestore della memoria. Informatica - G. Caminiti 27

28 Memoria virtuale Le tecniche appena esposte possono coesistere tranquillamente. Il risultato della loro interazione è che il sistema può disporre, in apparenza, di una quantità di memoria maggiore di quella fisica installata. La memoria virtuale è un meccanismo che sfrutta l utilizzo di una memoria di massa per estendere la memoria centrale. Informatica - G. Caminiti 28

29 Gestione Input/Output L accesso alle periferiche di I/O viene gestito dal sistema operativo insieme ai driver di periferica. I driver sono programmi specifici per ciascun dispositivo che si colleghi all elaboratore (stampanti, scanner pendrive, modem ). Informatica - G. Caminiti 29

30 Gestione Input/Output L interazione tra un programma e una periferica è standardizzata. Un programma di elaborazione testi, ad esempio, può inviare un comando di stampa senza curarsi del tipo di stampante collegata al computer. Spetta al sistema operativo smistare la richiesta al driver della stampante. Informatica - G. Caminiti 30

31 Gestione Input/Output A questo livello è implementato anche un sistema di gestione degli errori di I/O (ad es. dischetto mancante o danneggiato, carta esaurita, ecc.). Anche il controllo dell ordine di accesso ai dispositivi è cruciale. Il sistema operativo deve prevenire, o risolvere, eventuali conflitti. Informatica - G. Caminiti 31

32 Il file system è il modo in cui il sistema operativo organizza i file (documenti) sulle unità di memorizzazione. Un file è un astrazione che rappresenta un insieme di byte logicamente collegati. Gestione file Informatica - G. Caminiti 32

33 Gestione file Informatica - G. Caminiti 33

34 Gestione file Informatica - G. Caminiti 34

35 Gestione file Informatica - G. Caminiti 35

36 Gestione file Rappresentazione grafica delle cartelle: Struttura ad albero Informatica - G. Caminiti 36

37 Gestione file: funzioni Il file system deve mettere a disposizione diverse funzioni per la manipolazione dei file: creazione/eliminazione lettura/scrittura/esecuzione coordinamento accessi contemporanei controllo degli accessi (nei sistemi multiutente) Informatica - G. Caminiti 37

38 Inteprete dei comandi (shell) L interprete dei comandi è quella parte del sistema operativo che riceve ed elabora le istruzioni impartite da un utente. E possibile utilizzare lo stesso sistema operativo con shell differenti. Questo può rendere molto diverso il modo di impartire comandi. Informatica - G. Caminiti 38

39 Inteprete dei comandi (shell) La shell è dunque lo strato più esterno di un sistema operativo. Di fatto, rappresenta l interfaccia tra utente e sistema. Informatica - G. Caminiti 39

40 Inteprete dei comandi (shell) e interfaccia Che differenza c è tra interprete dei comandi, shell, e interfaccia utente? I primi due termini sono sinonimi. Shell vuol dire guscio, in riferimento al fatto che si tratta dello strato più esterno di un sistema operativo. l interprete dei comandi è un programma. Informatica - G. Caminiti 40

41 Interfaccia L interfaccia èilmezzo attraverso il quale l utente invia comandi alla shell. Esistono diverse interfacce possibili per l interazione uomo-macchina. Il loro successo dipende, oltre che da un accurata progettazione, dal tipo di utente cui sono rivolte. Informatica - G. Caminiti 41

42 Interfacce Due sono i tipi di interfaccia più diffusi per interagire con un computer: Interfacce a caratteri, anche dette a riga di comando (CLI, command line interfaces) Interfacce grafiche (GUI, graphical user interfaces), in particolare di tipo WIMP (Windows, Icons, Menus, Pointing device) Informatica - G. Caminiti 42

43 Interfacce a caratteri Storicamente, per motivi legati all hardware, le interfacce a caratteri vengono prima delle altre. Il CP/M, il DOS, alcuni sistemi operativi in uso sui mainframe negli anni 60, UNIX.. Hanno tutti un interfaccia a caratteri. Informatica - G. Caminiti 43

44 Interfacce a caratteri DOS shell Informatica - G. Caminiti 44

45 Interfacce a caratteri Unix shell (linux console) Informatica - G. Caminiti 45

46 Interfacce a caratteri Esistono molti tipi di shell con interfaccia a caratteri, così come con interfaccia grafica. La differenza tra le interfacce a caratteri è nella sintassi e nella maggiore o minore flessibilità. Informatica - G. Caminiti 46

47 Interfacce grafiche Cosa rende diverse le interfacce grafiche le une dalle altre? Evidenziamo due aspetti: iltipodimetafora usata; glielementi costitutivi che l utente può manipolare. Informatica - G. Caminiti 47

48 Metafore La metafora più utilizzata nei personal computer, oggi, è quella della scrivania (in inglese, desktop). Dalla sua introduzione ad oggi sono state introdotte interfacce alternative, allo scopo di superarne le limitazioni, ma ancora senza successo. Informatica - G. Caminiti 48

49 Interfacce grafiche: : BOB Microsoft BOB (1995). Informatica - G. Caminiti 49

50 Interfacce grafiche: : Windows Informatica - G. Caminiti 50

51 Interfacce grafiche: metafore L uso e l implementazione -diunametafora pone di fronte, tipicamente, a tre problemi: nel dominio virtuale sono possibili azioni impraticabili in quello reale; neldominioreale sono possibili azioni impraticabili in quello virtuale; alcune azioni sono presenti in entrambi i domini, ma funzionano in maniera diversa. Informatica - G. Caminiti 51

52 Interfacce grafiche: il desktop Si tratta di un interfaccia a manipolazione diretta: esistono degli oggetti discreti sui quali l utente può compiere delle azioni (spostarli, trascinarli, gettarli nel cestino..). La metafora associa questi oggetti ai loro corrispettivi nel mondo reale; l utente ha già un idea di quali azioni è possibile compiere. Informatica - G. Caminiti 52

53 Interfacce grafiche: manipolazione Il problema delle interfacce a manipolazione diretta è che l utente deve manipolare direttamente ogni oggetto per compitiripetitivi, è frustrante; per compiticomplessi, a volte non tutti i passaggi sono noti. Soluzione: usare le macro Informatica - G. Caminiti 53

54 Elementi grafici Le interfacce attuali, basate sulla metafora della scrivania, sono di tipo WIMP. Gli elementi che le compongono vengono detti widget. Una widget è un elemento che fornisce informazioni all utente o gli permette di interagire con il sistema operativo o con un applicazione. Informatica - G. Caminiti 54

55 Interfacce grafiche Esempi di widget sono le icone, i menu, i pulsanti, le finestre, le barre di scorrimento, le caselle di testo Solitamente è il sistema operativo a mettere a disposizione un insieme di widget. In ambiente Unix è possibile usare insiemi di widget diversi. Informatica - G. Caminiti 55

56 Interfacce grafiche Macintosh Windows Linux (KDE) Informatica - G. Caminiti 56

57 Software Applicativo Programmi che svolgono funzioni specifiche, e che vengono eseguiti all interno dei sistemi operativi: 1. fogli di calcolo 2. elaborazione testi 3. fotoritocco, disegno, grafica 3D 4. editing o riproduzione audio/video 5. utilities (compressione, antivirus, ecc.) Informatica - G. Caminiti 57

58 Elaboratore testi Informatica - G. Caminiti 58

59 Foglio elettronico Informatica - G. Caminiti 59

60 Database Informatica - G. Caminiti 60

61 Presentazioni Informatica - G. Caminiti 61

62 Desktop Publishing Informatica - G. Caminiti 62

63 Personal Information Management Informatica - G. Caminiti 63