SISTEMI OPERATIVI MULTI-UTENTE: UNIX

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1 SISTEMI OPERATIVI MULTI-UTENTE: UNIX Scopo del corso Definire un sistema operativo multi utente Analizzare i benefici di un S.O. Multi-Utente Requisiti per un sistema Multi-Utente Panoramica di UNIX Gestione Utenti di Unix File System di Unix Gestione processi di Unix

2 SISTEMI OPERATIVI Definizione di sistema operativo Multi-Utente

3 SISTEMA OPERATIVO Programma responsabile del controllo e della gestione dei componenti hardware che costituiscono un computer e dei programmi che su di esso girano. Il sistema operativo mette anche a disposizione dei programmi una interfaccia software per accedere alle risorse hardware (dischi, memoria, I/O in generale) del sistema. Il compito principale del sistema operativo è quello di permettere all'uomo di interagire direttamente con la macchina. Sistemi multi-utente: Unix 3

4 STRUTTURA Un generico sistema operativo moderno si compone di: Il kernel Il gestore di networking, periferiche e file system Il gestore di memoria virtuale Uno scheduler Uno spooler Una interfaccia utente (shell o GUI) A seconda dei casi, un particolare sistema operativo può avere tutti questi componenti o solo alcuni. Sistemi multi-utente: Unix 4

5 Elementi di un S.O. Il kernel: un gruppo di funzioni fondamentali, strettamente interconnesse fra loro e con l'hardware, che vengono eseguite con il privilegio massimo disponibile sulla macchina; il kernel fornisce le funzionalità di base per tutte le altre componenti del sistema operativo, che assolvono le loro funzioni servendosi di esso. A seconda del tipo di sistema operativo il kernel può inglobare altre parti (kernel classico, monolitico o modulare) o fornire solo funzioni base delegando più funzioni possibile a oggetti/gestori esterni (microkernel). Sistemi multi-utente: Unix 5

6 Il Kernel Linux Sistemi multi-utente: Unix 6

7 Elementi di un S.O. (II) Il gestore di networking, periferiche e file system: si occupa di esaudire le richieste di accesso alle memorie di massa, alla rete e alle periferiche del computer. Viene utilizzato ogni volta che si accede a un file su disco,ad un interfaccia di rete o ad altre periferiche e oltre a fornire i dati richiesti tiene traccia, ad esempio, dei file aperti, dei permessi di accesso ai file. Un gestore di memoria virtuale, che alloca la memoria richiesta dai programmi e dal sistema operativo stesso, salva sulla memoria di massa le zone di memoria temporaneamente non usate dai programmi e garantisce che le pagine swappate vengano riportate in memoria se richieste. Sistemi multi-utente: Unix 7

8 Elementi di un S.O. (III) Uno scheduler che scandisce il tempo di esecuzione dei vari processi e assicura che ciascuno di essi venga eseguito per il tempo richiesto. Normalmente lo scheduler gestisce anche lo stato dei processi e può sospenderne l'esecuzione nel caso questi siano in idle (esempio: richiesta di dati da disco). Uno spooler che riceve dai programmi i dati da stampare e li stampa in successione, permettendo ai programmi di proseguire senza dover attendere la fine del processo di stampa. Una interfaccia utente (shell o GUI) che permette agli esseri umani di interagire con la macchina. Sistemi multi-utente: Unix 8

9 User Interface Sistemi multi-utente: Unix 9

10 SISTEMA MULTITASKING I programmi non hanno sempre realmente bisogno della CPU: a volte, invece di eseguire istruzioni stanno aspettando che arrivino dei dati da un file, o che l'utente prema un tasto alla tastiera. Quindi si può, usare questi tempi "morti" per far girare un altro programma. Questa idea, sorta fin dai primi anni cinquanta, si concretizzò nei sistemi operativi multitasking, cioè dotati di uno scheduler che manda in esecuzione più processi (programmi), assegnando a turno la CPU ad ognuno e sospendendo l'esecuzione dei programmi in attesa di un evento esterno (lettura/scrittura sulle memorie di massa, input utente ecc.) finché questo non si verifica. Sistemi multi-utente: Unix 10

11 SISTEMA MULTITASKING-REQUISITI Maggiore quantità di memoria: si hanno più programmi attivi nello stesso tempo. Questo tipo di sistemi operativi è quasi sempre dotato di un gestore di memoria virtuale. Controllo sulle risorse hardware: Avendo più programmi simultaneamente attivi, il controllo delle risorse hardware diventa una necessità. Due modi di implementare il multitasking: cooperative e preemptive multitasking. Sistemi multi-utente: Unix 11

12 COOPERATIVE MULTITASKING Nel cooperative multitasking sono i programmi che, spontaneamente, cedono il controllo al sistema non appena hanno terminato la singola operazione in corso; assorbe meno risorse di calcolo e non ha (quasi) ritardo di commutazione per il cambio di task, e inoltre non richiede nessuna struttura hardware dedicata, il che rende possibile implementarlo su qualunque calcolatore; per contro è molto vulnerabile a errori nei programmi (in genere il crash di un programma fa cadere l'intero sistema) e l'isolamento fra processi è molto debole. Sistemi multi-utente: Unix 12

13 PREEMPTIVE MULTITASKING Nel preemptive multitasking è lo scheduler che ferma i programmi allo scadere del quanto di tempo assegnato e trasferisce il controllo dall'uno all'altro. Sono necessarie CPU che implementino in hardware sia dei livelli di privilegio per l'esecuzione del codice, sia una logica specifica per il context switch. Dato che i programmi sono interrompibili al context switch il sistema deve fotografare la situazione del programma e salvarla, e ricaricare quella salvata dal task che subentra, perdendo tempo. Offre una sicurezza del sistema molto maggiore e una (virtuale) immunità ai crash di sistema causati da errori nei programmi. Sistemi multi-utente: Unix 13

14 SISTEMA MULTIUTENTE Se un computer può far girare più programmi contemporaneamente, allora può anche accettare comandi da più utenti contemporaneamente. Quindi un sistema Multi-Utente è una naturale estensione di un sistema Multi-Tasking Come un sistema multi-task pone problematiche diverse dal mono-task un sistema multi utente pone problematiche particolari dovute alla presenza di più utenti Sistemi multi-utente: Unix 14

15 PROBLEMI TIPICI MULTIUTENZA Un sistema multiutente deve affrontare alcuni problemi distinguere i vari utenti tra loro; garantire che i dati di un singolo utente siano privati; Permettere a degli utenti di condividere i dati, se lo vogliono; Permettere la condivisione solo a certi gruppi di utenti; Non permettere a nessun utente (con un unica eccezione) di causare danni agli altri o alla macchina che sta usando; Gestire l'accesso alle risorse della macchina, in modo che nessun utente possa limitarne l'accesso agli altri. Sistemi multi-utente: Unix 15

16 Soluzione Assegnare un account univoco per ogni utente Assegnare un proprietario ai file ed ai programmi Gestire un sistema di permessi per l'accesso ai file ed ai programmi Gestire una gerarchia di utenti. Isolare le risorse hardware dall'accesso diretto dei programmi utenti. Sistemi multi-utente: Unix 16

17 UTENTI DI UN SISTEMA OPERATIVO Gli utenti di un sistema operativo multi-utente non devono per forza essere persone fisiche, anzi... Possono essere basicamente di tre tipi Account amministratore: è l'account che consente l'amministrazione del sistema. Esso deve poter avere accesso ad ogni risorsa presente sulla macchina. Account di servizio : sono account a cui non corrisponde un utente del mondo reale, ma sono associati ad un particolare servizio (o programma) che si intende far girare sulla macchina Account utenti: sono account rilasciati ad utenti reali Sistemi multi-utente: Unix 17

18 Benefici di un sistema multi-utente I benefici si possono più facilmente riscontrare su di un sistema operativo server: Ogni servizio può essere isolato dagli altri assegnandolo ad un utente differente Si possono stabilire limiti per ogni servizio, limitando l'utente Si migliora la sicurezza utilizzando utenti non privilegiati Su di una macchina desktop i vantaggi riguardano la sicurezza: è più difficile fare danni non accedendo ad una macchina come root o Administrator Sistemi multi-utente: Unix 18

19 PERCHÈ UNIX? Perchè tra i sistemi operativi multi-utente disponibili si parla di UNIX? Unix è uno tra i più vecchi sistemi operativi multi-utente Il modello di multi-utenza di unix si può considerare un modello di riferimento Unix è a tutt'oggi molto usato come sistema operativo server Il modello Unix ha generato una vasta famiglia di sistemi operativi moderni. Sistemi multi-utente: Unix 19

20 La famiglia UNIX Sistemi multi-utente: Unix 20

21 Cos'è UNIX? Il sistema operativo Unix può essere riassunto in base alle seguenti caratteristiche: Multiutente: Ogni utente è individuato univocamente da un nome logico (lo username). Gli utenti sono suddivisi in gruppi, ciascuno individuabile univocamente mediante il suo nome (il groupname) In ogni sistema è definito l'utente root, che rappresenta l'amministratore di sistema. MultiTasking. Sistemi multi-utente: Unix 21

22 Cos'è UNIX? (II) Gestione della memoria virtuale: il sistema di gestione della memoria in Unix si basa su paginazione e segmentazione. Queste caratteristiche consentono ad ogni processo di indirizzare un'area di memoria di dimensioni eventualmente superiori a quelle della memoria centrale effettivamente disponibile. Portabile: è oggi disponibile su una vastissima gamma di architetture diverse. Aperto: soprattutto nelle versioni più recenti le caratteristiche di Unix si sono via via uniformate allo standard POSIX. Inoltre, Unix realizza alcuni dei più diffusi servizi e protocolli di comunicazione della rete Internet, rendendo possibile una facile integrazione di sistemi Unix all'interno di una rete. Sistemi multi-utente: Unix 22

23 Quale UNIX? UNIX è un marchio registrato ed indica un sistema operativo certificato da The Open Group, consorzio di aziende tra cui IBM, HP e Sun Microsystems. Per essere certificato, il sistema deve essere conforme a specifiche determinate da The Open Group stessa. Alcuni esempi sono Digital UNIX, Hewlett Packard HP-UX, IBM AIX, SCO UnixWare, SGI IRIX, Sun Solaris Tutti questi S.O. hanno un insieme di caratteristiche comuni Sistemi multi-utente: Unix 23

24 LINUX GNU/Linux è un sistema operativo libero unix-like, distribuito con licenza GNU GPL, costituito dall'integrazione del kernel Linux all'interno del sistema GNU. Non è uno Unix ufficiale sancito dall' The Open Group ma ne viene riconosciuta l'aderenza agli standard. Dal sito The Open Group : Developed by Linus Torvalds, Linux is a product that mimics the form and function of a UNIX system, but is not derived from licensed source code. Rather, it was developed independently; by a group of developers in an informal alliance on the net.... Linux is a registered trademark of Linus Torvalds. Recent versions of Glibc include much functionality from the Single UNIX Specification, Version 2 (for UNIX 98) and later. Sistemi multi-utente: Unix 24

25 Perchè Linux? La scelta di usare Linux in questo corso è stata fatta per le seguenti ragioni: Il modello degli utenti è compatibile con quello di UNIX. Linux è molto usato in Ateneo, in generale Linux è uno degli Unix maggiormente usati. è liberamente disponibile nel caso qualcuno sia incuriosito dall'argomento e voglia provare. Sistemi multi-utente: Unix 25

26 Sistema Operativo Linux Gestione Utenti Sistemi multi-utente: Unix 26

27 LINUX Gli Utenti Gli utenti che possono accedere al sistema sono generalmente memorizzati nel sistema stesso. Ogni utente è identificato univocamente da un valore numerico, lo UID (User IDentifier) ed a questo sono associati uno username (il nome dell utente) ed una password (parola d ordine). Al momento dell accesso, il sistema richiede all utente di inserire il proprio username e richiede anche la relativa password. Se l utente viene riconosciuto, in base allo username ed alla password inseriti, questi viene fatto accedere all interfaccia utente del sistema. Sistemi multi-utente: Unix 27

28 LINUX Gli Utenti I sistemi Unix-like fanno una distinzione tra utenti standard e l amministratore del sistema il cui UID è 0 e che generalmente ha uno username uguale a root. Mentre per gli utenti standard il sistema attua un meccanismo di controllo di accesso alle varie risorse ciò non avviene nei confronti del superuser. È pertanto opportuno ridurre al minimo gli accessi al sistema in qualità di superuser, per evitare di modificare inavvertitamente parti del sistema che potrebbero comprometterne il funzionamento. Sistemi multi-utente: Unix 28

29 /etc/passwd In realtà un utente linux è definito da una riga nel file /etc/passwd. Tale riga è nel formato utente:password:uid:gid:dati_personali:directory_home:shell Utente: È il nome utilizzato per identificare l'utente logico che accede al sistema. password: la password cifrata. Se questa manca, l'utente può accedere senza password. Se è un asterisco (*) l'utente non può accedere al sistema. E' così possibile impedire temporaneamente l'accesso, ad un utente. Sistemi multi-utente: Unix 29

30 /etc/passwd (II) uid: È il numero identificativo dell'utente (User ID). gid: È il numero identificativo del gruppo a cui appartiene l'utente (Group ID). dati_personali: Di solito, questo campo contiene solo l'indicazione del nominativo completo dell'utente (nome e cognome), ma può contenere anche altre informazioni. directory_home: La directory assegnata all'utente. shell: La shell assegnata all'utente. Sistemi multi-utente: Unix 30

31 Tipi di utenti Come si possono mappare i tre tipi di utenti prima definiti su di un sistema linux? Utente Amministratore : root. L'utente amministratore del sistema. Esso possiede tutti i diritti su tutta la macchina. Account di servizio :Utenti di sistema. Sono utenti che non possono solitamente accedere alla macchina, non hanno una directory ne una shell. Servono per isolare alcuni processi Account utenti:utenti Reali. Sono utenti che hanno la possibilità di accedere alla macchina, che possiedono una shell ed una directory home. Sono gli utenti del mondo Reale Sistemi multi-utente: Unix 31

32 Gruppi Un gruppo rappresenta un insieme di utenti. Un utente appartiene sempre ad almeno un gruppo. L appartenenza ad un gruppo concede diritti su file e directory. Ogni gruppo è identificato da un valore detto GID (Group IDentifier). A esso è associato un alias: il groupname. Ad ogni gruppo sono associati gli utenti che vi appartengono. L insieme composto dal GID, il groupname, l eventuale password e l elenco degli utenti che vi appartengono, costituisce il group account del gruppo presso il sistema. Il gruppo primario di un utente è quello indicato nel file /etc/passwd nel campo GID Sistemi multi-utente: Unix 32

33 /etc/group I group account sono memorizzati nel file /etc/group con la seguente sintassi: groupname:password:gid:member_list groupname è il nome del gruppo; password è la password del gruppo in forma cifrata (se è nulla soltanto gli utenti elencati possono accedere al gruppo); GID è l identificativo del gruppo (Group IDentifier); member_list è l elenco degli utenti appartenenti al gruppo (membri). Sistemi multi-utente: Unix 33

34 Comandi per gestire Utenti e Gruppi Uno user account può essere creato con il comando useradd useradd [option] username Per modificare uno user account si può usare usermod usermod [option] username Ogni utente può modificare la propria password tramite passwd passwd [username [password]] La cancellazione di uno user account puo' essere effettuata per mezzo del comando userdel userdel [option] username Sistemi multi-utente: Unix 34

35 Comandi per gestire Utenti e Gruppi Un group account puo' essere creato con il comando groupadd groupadd [option] groupname Per modificare uno group account si può usare groupmod groupmod [option] groupname L eliminazione di un group account puo' essere effettuata con il comando groupdel groupdel groupname Un utente puo' visualizzare l elenco dei gruppi di cui fa parte con il comando groups groups [option] [username] Sistemi multi-utente: Unix 35

36 Comandi per gestire Utenti e Gruppi Dato che un utente può appartenere a più gruppi e' evidente che il GID di riferimento di un utente è un valore che può cambiare. Al momento dell accesso al sistema all utente viene assegnato il GID di default, quello contenuto nello user account, ma l utente puo' cambiarlo, cambiando il gruppo corrente di riferimento con il comando newgrp newgrp [groupname] Sistemi multi-utente: Unix 36

37 Impersonare altri utenti Serve la possibilità di cambiare identità: un utente deve poter impersonarne un altro, ad esempio un utente di sistema. Comando: su SINTASSI : su [option] [username [argument]] Il comando lancia una shell con i privilegi di un determinato utente B. Per poter diventare l utente B, l utente A deve conoscere la password dell utente B Comando: sudo SINTASSI : sudo [option] command permette di impartire una singola riga di comando al sistema come se si fosse un altro utente. Sistemi multi-utente: Unix 37

38 Sistema Operativo Linux Gestione File-System Sistemi multi-utente: Unix 38

39 File System E' il sistema di gestione delle informazioni memorizzate sulla memoria di massa Vi sono molti tipi diversi di file-system (ext2,ext3,reiserfs..). Caratteristica fondamentale dei sistemi Unix-like è : Everything is a file (ogni cosa `e rappresentata da un file) Tutti gli oggetti del filesystem sono file (anche le directory). Inoltre tutte le operazioni, anche quelle sui dispositivi, avvengono attraverso l ausilio di file: ad esempio la tastiera è associata ad un file che rappresenta il buffer di input dei caratteri inviati dalla tastiera al sistema, il monitor è rappresentato da un altro file che costituisce il buffer di output dei caratteri inviati dal sistema sullo schermo... Sistemi multi-utente: Unix 39

40 Dispositivi di memoria di massa Tutti i dispositivi di memoria di massa sono visti in modo identico (eccezione parziale: la scrittura su dischi ottici). I dispositivi di memoria di massa sono visti dal sistema, come dei file, detti file di dispositivo (device file) e contenuti generalmente nella directory /dev (/dev/hda, /dev/sda,...). Sono opportuni programmi, i driver, che effettuano l associazione tra i dispositivi ed i relativi file di dispositivo: il driver ATA associa i dispositivi collegati a tale bus ai file di dispositivo /dev/hd*, mentre quello relativo al bus SCSI associa i dispositivi di quel tipo ai file /dev/sd*. Sistemi multi-utente: Unix 40

41 File di dispositivo In un sistema GNU/Linux ad ogni disco e ad ogni partizione è associato un file di dispositivo. Tale file è ha la seguente sintassi: /dev/tdx[n] dove (t è il tipo una lettera indicante il tipo di disco; x è una lettera: a rappresenta il primo disco, b il secondo e così via, mentre n è un numero). /dev/hdx[n] Disco ATA x o n-esima partizione del disco. /dev/sdx[n] Disco SCSI x o n-esima partizione di questo. /dev/fdn Floppy disk n. L elenco delle partizioni riconosciute dal sistema è contenuto nel file /proc/partitions (cat /proc/partitions). Sistemi multi-utente: Unix 41

42 Esempio di partizioni Sistemi multi-utente: Unix 42

43 File di dispositivo I file di dispositivo sono di due categorie dispositivi a blocchi file relativi a dispositivi il cui flusso di dati (input/output) avviene a gruppi di byte (blocchi). A questa categoria appartengono generalmente i sistemi di memorizzazione di massa. dispositivi a caratteri file relativi a dispositivi il cui flusso di dati (input/output) avviene a singoli byte (caratteri). I dispositivi come i terminali o le stampanti appartengono a questa categoria. Sistemi multi-utente: Unix 43

44 File e Directory I sistemi Unix-like utilizzano i concetti di file e directory. Un file è un insieme di informazioni che possono rappresentare dei dati (un testo, un immagine,...) o anche le istruzioni di un programma. Una directory è una sorta di contenitore che può contenere sia file che altre directory. Poichè le directory possono contenere sia file che altre directory, si viene a delineare una struttura gerarchica ad albero dell organizzazione dei file e delle directory, detto directory tree o albero delle directory Sistemi multi-utente: Unix 44

45 La struttura logica del filesystem Sistemi multi-utente: Unix 45

46 Link e Symbolic link I link sono le associazioni tra un nome ed un file (fisico) Hard link: sono le associazioni a livello fisico. Ad ogni file (non directory) possono essere associati più link, ossia un file può essere raggiunto tramite path diversi. Symbolic link: sono file particolari che puntano ad un altro file (o directory). l'effetto è lo stesso di un hard link. I link vengono creati per mezzo del comando ln SINTASSI: ln [option] target [link_name] Sistemi multi-utente: Unix 46

47 Utenti e file Ogni oggetto del filesystem appartiene sempre ad un utente, l utente proprietario, ed ad un gruppo, il gruppo proprietario. Queste informazioni delineano tre categorie di utenti Utente proprietario (owner user) è l utente proprietario dell oggetto; Gruppo proprietario (owner group) è il gruppo proprietario dell oggetto (del quale fa parte l utente proprietario); Altri (others) sono tutti gli altri utenti; Per ogni categoria di utenti, è possibile specificare una serie di permessi (mode) che regolano l accesso all oggetto in questione. Sistemi multi-utente: Unix 47

48 Permessi sui file Quando un oggetto del filesystem viene creato, il suo creatore risulta esserne il proprietario (ed il gruppo a cui esso appartiene è il gruppo proprietario) e come tale può specificarne i seguenti permessi di accesso: lettura (read) questo permesso dà la possibilità alla categoria di untenti considerata di poter accedere in lettura al contenuto dell oggetto; scrittura (write) questo permesso dà la possibilità alla categoria di utenti considerata di poter modificare il contenuto dell oggetto; esecuzione (execute) questo permesso dà la possibilità alla categoria di utenti considerata di poter lanciare in esecuzione l oggetto considerato; Sistemi multi-utente: Unix 48

49 Gestione dei permessi Il proprietario di un oggetto del filesystem può impostarne i relativi permessi di accesso con il comando chmod (change mode). SINTASSI chmod [option] mode file Il superuser può cambiare il proprietario di un oggetto del filesystem per mezzo del comando chown (change owner). SINTASSI chown [option] [[user][:[group]]] file Il gruppo proprietario di un oggetto del filesystem può essere impostato anche tramite il comando chgrp (change group). SINTASSI chgrp [option] [group] file Sistemi multi-utente: Unix 49

50 Umask Alla creazione di un oggetto del filesystem i relativi permessi di accesso sono impostati secondo quanto specificato dal valore di umask (user mask), o maschera dei permessi, specifico per l utente considerato. Questo valore, espresso generalmente in notazione ottale, indica quali sono i permessi che non devono essere abilitati alla creazione di un oggetto del filesystem. Il valore della maschera dei permessi può essere visualizzato con il comando interno di Bash umask. umask [option] [mode] Sistemi multi-utente: Unix 50

51 Quota Il sistema GNU/Linux permette di specificare dei limiti all utilizzo della memoria di massa: il numero di inode che un utente (o gruppo) può possedere (esserne propietario), ed il numero di blocchi disponibili per un utente (o gruppo). In questo modo si può limitare agli utenti l utilizzo di parte di un filesytem. Questo può essere gestito con il meccanismo del quota. Per attivare la gestione del quota su un filesystem, è necessario montare il filesystem in questione con l opzione usrquota o grpquota (o anche entrambi) che indicano rispettivamente di abilitare il quota per utente o per gruppo. Sistemi multi-utente: Unix 51

52 Navigazione del file system l'utente può muoversi all'interno del file system (compatibilmente con i diritti a lui assegnati). working directory: la directory in cui attualmente si trova l'utente. E' visualizzabile tramite il comando pwd Al login l'utente solitamente si trova nella propria home directory. l'utente può cambiare directory tramite il comando cd per visualizzare l'elenco dei file in una directory si usa il comando ls Sistemi multi-utente: Unix 52

53 Utilizzo del file system (II) Creazione di una directory vuota comando mkdir SINTASSI: mkdir [option] [dirname] Le directory possono anche essere create con altri comandi che effettuano ad esempio la copia di directory (v. sez. 5.3); copiare i file e le directory comando cp SINTASSI: cp [option] source dest Sistemi multi-utente: Unix 53

54 Utilizzo del file system (III) Un oggetto del filesystem può essere spostato o rinominato per mezzo del comando mv. Lo spostamento di un file o una directory consiste nel modificare la directory in modo che il suo contenuto non sia più raggiungibile con il path attuale, ma con un nuovo path. La rinominazione consiste nel cambiamento del nome associato al file o alla directory: anche questa operazione fa sì che il contenuto del file o directory sia raggiungibile attraverso un nuovo path. Comando: mv SINTASSI: mv [option] source dest Sistemi multi-utente: Unix 54

55 Utilizzo del file system (IV) Un file può essere cancellato, cioè rimosso dal filesystem, con il comando rm. Comando: rm SINTASSI: rm [option] file Sistemi multi-utente: Unix 55

56 Visualizzazione del contenuto di un file Il contenuto di un file di testo può essere visualizzato sia con il comando cat che per mezzo di appositi programmi, i text viewer (visualizzatori di testo), i quali suppongono che il file sia in formato testo, ovvero che non abbia alcun tipo di formattazione. Esempi di visualizzatori less more head tail Sistemi multi-utente: Unix 56

57 Modifica del contenuto di un file Esistono programmi, i text editor (editor di testo), che oltre a visualizzare il contenuto di un file generico, permettono di modificarlo. I text editor più utilizzati sono vi o vim (vi improved - che è la sua evoluzione) e emacs. Esempi di editor vi /vim emacs pico / nano joe Sistemi multi-utente: Unix 57

58 Ricerca di file o nel contenuto di file Spesso capita di non sapere se esiste un file all interno di un filesystem o di non ricordare dove è stato creato. Per ricercare un file all interno del filesystem può essere utilizzato il comando find. Il comando which invece permette di ricercare un file nelle varie directory elencate nella variabile di ambiente PATH. Un altro comando utile di GNU/Linux è grep. Si tratta di un comando molto complesso che permette di effettuare ricerche di sequenze di byte all interno di un file. Sistemi multi-utente: Unix 58

59 Sistema Operativo Linux I Processi Sistemi multi-utente: Unix 59

60 Processi Un processo (o task) è l istanza dell esecuzione di un determinato programma: quando si lancia un file eseguibile viene creato un processo in memoria che esegue le istruzioni indicate dal programma. In genere l esecuzione di un programma genera un processo, ma programmi più complessi (per esempio quelli che gestiscono comunicazioni client-server) possono generare più processi. Sistemi multi-utente: Unix 60

61 Process Identifier Quando viene lanciato in esecuzione un programma, il kernel crea un processo in memoria assegnandogli un numero intero che lo identifica univocamente all interno della macchina: il PID (Process Identifier). In genere il PID è sequenziale, ovvero ad ogni processo viene assegnato il PID del processo precedente incrementato di 1 ed al primo processo lanciato dal sistema (init) viene assegnato il PID uguale ad 1. Infatti, quando viene avviato il sistema, il kernel crea il processo init lanciando in esecuzione il comando /sbin/init e questo è l unico processo creato dal kernel. Sistemi multi-utente: Unix 61

62 Process tree Qualunque altro processo viene sempre creato a partire da una richiesta effettuata da un processo già esistente. In questo modo si viene a creare una gerarchia di processi (process tree o albero dei processi) alla cui radice c è init. Un processo A che crea un processo B è detto processo genitore (o processo padre) del processo B ed il processo B è detto processo figlio del processo A. Poiché ogni processo è identificato dal PID, è una convenzione diffusa riferirsi al PID del processo genitore con il termine PPID (Parent PID). Il process tree viene mostrato con il comando pstree Sistemi multi-utente: Unix 62

63 Il process tree Sistemi multi-utente: Unix 63

64 Proprietà dei processi Ogni processo è caratterizzato quindi da alcune proprietà ed in particolare gli vengono assegnati determinati privilegi sul sistema, in funzione (generalmente) dell utente che lo ha lanciato. Tra le proprietà di un processo ci sono le seguenti: l identificatore del processo: PID (pid); l identificatore del process group: PGID (pgid); lo stato del processo (state); la priorità di esecuzione del processo (priority); il time-slice assegnato al processo per l utilizzo della CPU; il nome del file eseguibile lanciato; eventuali argomenti passati all eseguibile al momento dell avvio attraverso la riga di comando; l identificatore del processo genitore: PPID; Sistemi multi-utente: Unix 64

65 Proprietà dei processi (II) Proprietà dei processi (continua) il nome del dispositivo di comunicazione tramite il quale è stato lanciato il processo (se controllato da un terminale); il real UID (uid), ovvero l UID dell utente che ha lanciato il processo; il real GID (gid), ovvero il GID dell utente che ha lanciato il processo; l effective UID (euid), ovvero l UID dell utente impersonato dal processo; l effective GID (egid), ovvero il GID dell utente impersonato dal processo; il saved UID (suid), ovvero la copia del valore dell effective UID al momento dell avvio del processo; Sistemi multi-utente: Unix 65

66 Proprietà dei processi (III) Proprietà dei processi (continua) Il filesystem UID (fsuid), ovvero l UID dell utente impersonato dal processo per l accesso al filesystem (una modifica all effective UID si riflette automaticamente su questa proprietà); il filesystem GID (fsgid), ovvero l GID dell utente impersonato dal processo per l accesso al filesystem (una modifica all effective GID si riflette automaticamente su questa proprietà); il saved GID (sgid), ovvero la copia del valore dell effective GID al momento dell avvio del processo; Generalmente il PGID di un processo coincide con il suo PID, tranne nel caso in cui il processo venga lanciato in esecuzione come parte di un comando più complesso, che ne lancia altri in cascata Sistemi multi-utente: Unix 66

67 Multitasking e multithreading Ogni percorso di esecuzione di un processo è detto thread. Un processo è costituito da almeno un thread che coincide con il processo stesso. Come per i processi, un thread ne può creare un altro. Per ogni thread relativo ad un processo non vengono create tutte le strutture dati necessarie alla creazione di un processo, per cui un thread risulta molto più leggero (nel senso che occupa meno memoria) di un processo, poiché tutti i thread relativi ad un processo utilizzano le stesse strutture dati che caratterizzano il processo di cui essi fanno parte. Sistemi multi-utente: Unix 67

68 Problemi del multithreading Per il fatto che il sistema sia multitasking e multithreading nasce l esigenza della sincronizzazione delle operazioni effettuate dai vari task e thread, per evitare problemi insidiosi come i deadlock e le race condition. A tale scopo l accesso dei thread o processi alle risorse è regolato da meccanismi di mutua esclusione (semafori, mutex,...). Inoltre, poiché l esecuzione di un thread può essere interrotta in qualunque momento (ad esempio perché termina il suo time slice di utilizzo della CPU), si introduce il concetto di operazione atomica, ovvero un insieme di operazioni che un thread può eseguire con la garanzia da parte del sistema che non sarà interrotto durante l esecuzione (tutto il gruppo di operazioni viene eseguito nello stesso time slice). Dal punto di vista di programmazione il controllo di più thread è più complesso rispetto al controllo di più processi. Sistemi multi-utente: Unix 68

69 I diritti di un processo Un processo ha i diritti dell utente che lo ha lanciato, o meglio, dell utente che il processo stesso impersona, cioè del suo effective UID (e effective GID). All avvio il kernel impersona il superuser e quindi ha qualunque diritto sul sitema. Esso avvia il primo processo (init) che avrà quindi i permessi del superuser (poiché lanciato da un processo che impersona il superuser). A sua volta il processo di avvio del sistema, gestito da init, provvederà a lanciare altri processi necessari al funzionamento del sistema stesso. Così facendo però i processi avrebbero tutti i permessi del superuser, ovvero potrebbero eseguire qualunque operazione sul sistema. Questo viene evitato per mezzo del meccanismo di impersonamento degli utenti. Sistemi multi-utente: Unix 69

70 Diritti dei processi utente Allo stesso modo, il processo getty (o derivato) che permette l accesso al sistema da parte degli utenti, viene eseguito con i diritti del superuser. Questo attende che venga inserito lo username dell utente che desidera effettuare l accesso e quindi lancia in esecuzione login che provvede a richiedere la password ed a stabilire se l utente può avere accesso al sistema. In caso positivo, login stesso impersona l utente che vuole accedere al sistema e quindi lancia una shell con i diritti dell utente. Così ogni utente ha sul sistema i diritti per lui previsti. Sistemi multi-utente: Unix 70

71 Creazione di un processo Ad ogni processo, vengono assegnati automaticamente dal sistema un canale (file) per l input, ovvero il canale attraverso il quale il processo potrà ricevere gli eventuali dati da elaborare, uno per l output, cioè il canale attraverso il quale il processo potrà fornire gli eventuali risultati, ed uno per l error, che, come indica il nome, sarà utilizzato dal processo per fornire eventuali messaggi relativi ad errori riscontrati durante l esecuzione. Sistemi multi-utente: Unix 71

72 Ambiente di un processo Ad ogni processo viene assegnato anche un ambiente (environment), ovvero un apposito spazio di memoria che contiene le impostazioni di variabili, dette appunto variabili di ambiente, alle quali il processo può fare riferimento. Tali variabili non sono passate in input ai processi, ma sono gestite dalla shell. Le variabili di ambiente più comuni sono riportate sotto. USER Username LOGNAME Username con cui `e stato effettuato il login LANG Localizzazione HOME Home directory dell utente corrente PATH directory, separate da :, contenenti gli eseguibili PWD Working directory Sistemi multi-utente: Unix 72

73 Ambiente di un processo (II) SHELL Tipo di shell TERM Tipo di terminale PAGER Text viewer preferito EDITOR Text editor preferito BROWSER Browser preferito TMPDIR Directory contenente i file temporanei Molte delle variabili di ambiente sono utilizzate dalla maggior parte dei programmi ed in genere per queste si usa la convenzione di esprimerle in caratteri maiuscoli. Costituiscono un modo valido per definire comportamenti dei programmi a livello generale senza dover passare loro in input un elenco di argomenti troppo complesso.la shell, ad esempio, ne utilizza molte per il suo funzionamento. Sistemi multi-utente: Unix 73

74 Memoria dei processi Un sistema Unix-like, utilizza il meccanismo della memoria virtuale che consiste nell assegnare ad ogni processo uno spazio di indirizzi di memoria (indirizzi che vanno da 0 ad un valore massimo - in genere 4 GiB). Tale spazio di indirizzi è virtuale, nel senso che tali indirizzi non corrispondono agli indirizzi fisici delle celle di memoria centrale. Si parla pertanto di memoria virtuale e questa è quella che vede un processo. Sistemi multi-utente: Unix 74

75 Terminazione di un processo generalmente un processo termina quando ha eseguito la sua ultima istruzione e chiede al sistema operativo di essere cancellato usando la chiamata exit() Generalmente un processo termina quando ha eseguito la sua ultima istruzione, e ritorna al padre un valore di uscita, detto exit status. Questo in genere viene utilizzato per stabilire se il suo compito è stato svolto correttamente o meno e si utilizza la convenzione: terminato con successo (successful) un exit status uguale a 0 terminato con un errore un exit status diverso da 0. Il padre può ignorare o meno, ma comunque dovrebbe attendere, l'exit status, tramite la chiamata alla funzione di libreria wait(). Se il padre non attende l'exit il figlio diviene uno zombie Sistemi multi-utente: Unix 75

76 La gestione dei processi Ogni processo è dotato di una proprietà caratteristica che lo identifica univocamente, il PID, che può essere ottenuto per mezzo del comando pidof SINTASSI; pidof [option] process [...] Un processo viene sempre lanciato in esecuzione da un altro processo, tranne il primo processo all avvio del sistema che viene lanciato direttamente dal kernel. Si viene così a delineare una gerarchia di processi o albero dei processi, che può essere visualizzato per mezzo del comando pstree. SINTASSI : pstree [option] Sistemi multi-utente: Unix 76

77 La gestione dei processi L elenco dei processi esistenti sul sistema si può ottenere anche per mezzo del comando ps o con il comando top. Comando: ps SINTASSI: ps [option] A differenza di ps che visualizza la situazione attuale dei processi, top visualizza ciclicamente lo stato dei processi ogni 5 secondi e mette a disposizione dei comandi interattivi per la gestione dei processi stessi. Comando: top SINTASSI: top [option] Sistemi multi-utente: Unix 77

78 La comunicazione tra processi I processi possono comunicare tra loro e con il kernel per coordinare le loro attività. Questo avviene per mezzo di opportuni meccanismi che vanno sotto la sigla IPC (Inter- Process Communication), che in GNU/Linux sono costituiti essenzialmente dai segnali, pipe e socket, sebbene siano supportati anche i meccanismi di comunicazione propri di System V. I metodi standard I segnali Le pipe Le FIFO I socket I meccanismi di IPC di System V Sistemi multi-utente: Unix 78

79 Segnali Sono interruzioni software comunicano al processo il verificarsi di una certo evento possono essere inviati solo antenati, discendenti (gruppo) generalmente possono essere ignorati, catturati o possono terminare il processo (default per molti segnali) per i segnali catturabili si può specificare un signal handler che viene mandato in esecuzione appena il segnale viene rilevato Ogni segnale corrisponde a un certo tipo di evento Lo standard POSIX stabilisce un insieme di segnali riconosciuti in tutti i sistemi conformi SIGFPE : si è verificata una eccezione floating point (n/0) SIGKILL : il processo viene terinato (non può essere intercettata) SIGALRM : è passato il tempo richiesto Sistemi multi-utente: Unix 79

80 Segnali I segnali possono essere inviati da un processo all altro dall utente con particolari combinazioni di tasti (al processo in foregroud) Control-C corrisponde a SIGINT Control-Z corresponde a SIGSTOP dal SO per a comunicare al processo il verificarsi di particolari eventi (es. SIGFPE, errore floating-point) Sistemi multi-utente: Unix 80

81 Segnali Per ogni segnale è associata dal kernel un azione predefinita da intraprendere, ma i processi possono specificarne delle proprie. Per ogni segnale, un processo può : accettare l azione predefinita (dal kernel) per la gestione del segnale; ignorare il segnale; gestire autonomamente la notifica del segnale; dipende da com è scritto il programma relativo. In particolare, i segnali SIGSTOP e SIGKILL non possono essere né ignorati né gestiti autonomamente da un processo, ma la loro gestione è effettuata direttamente dal kernel: in corrispondenza della consegna di un segnale SIGSTOP, il processo destinatario viene sospeso, con il segnale SIGTERM il processo destinatario viene immediatamente terminato. Sistemi multi-utente: Unix 81

82 Come si invia un segnale s = kill(pid,sig) invia un segnale di tipo sig al processo pid (se ammesso) setta a 1 il corrispondente bit della signal bitmap Sistemi multi-utente: Unix 82

83 Pipe Pipe : file speciali utilizzati per connettere due processi con un canale unidirezionale di comunicazione A p i p e B Se B cerca di leggere da una pipe vuota si blocca Quando la pipe è piena A viene automaticamente sospeso L ampiezza della pipe dipende dal sistema Sistemi multi-utente: Unix 83

84 Riferimenti Sistemi multi-utente: Unix 84

85 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMI OPERATIVI MULTI-UTENTE: UNIX Scopo del corso Definire un sistema operativo multi utente Analizzare i benefici di un S.O. Multi-Utente Requisiti per un sistema Multi-Utente Panoramica di UNIX Gestione Utenti di Unix File System di Unix Gestione processi di Unix Sistemi multi-utente: Unix 1

86 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMI OPERATIVI Definizione di sistema operativo Multi-Utente Sistemi multi-utente: Unix 2

87 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMA OPERATIVO Programma responsabile del controllo e della gestione dei componenti hardware che costituiscono un computer e dei programmi che su di esso girano. Il sistema operativo mette anche a disposizione dei programmi una interfaccia software per accedere alle risorse hardware (dischi, memoria, I/O in generale) del sistema. Il compito principale del sistema operativo è quello di permettere all'uomo di interagire direttamente con la macchina. Sistemi multi-utente: Unix 3

88 Sistemi multi-utente: Unix STRUTTURA Un generico sistema operativo moderno si compone di: Il kernel Il gestore di networking, periferiche e file system Il gestore di memoria virtuale Uno scheduler Uno spooler Una interfaccia utente (shell o GUI) A seconda dei casi, un particolare sistema operativo può avere tutti questi componenti o solo alcuni. Sistemi multi-utente: Unix 4 Una ulteriore differenza fra i sistemi operativi è data dal tipo di comunicazione fra le varie componenti: i sistemi operativi classici sono basati su chiamate dirette di funzioni, mentre molti sistemi operativi moderni, soprattutto quelli che adottano microkernel, si basano sul message passing, sullo scambio di messaggi fra le loro varie parti e fra il sistema operativo e i programmi che fa girare.

89 Sistemi multi-utente: Unix Elementi di un S.O. Il kernel: un gruppo di funzioni fondamentali, strettamente interconnesse fra loro e con l'hardware, che vengono eseguite con il privilegio massimo disponibile sulla macchina; il kernel fornisce le funzionalità di base per tutte le altre componenti del sistema operativo, che assolvono le loro funzioni servendosi di esso. A seconda del tipo di sistema operativo il kernel può inglobare altre parti (kernel classico, monolitico o modulare) o fornire solo funzioni base delegando più funzioni possibile a oggetti/gestori esterni (microkernel). Sistemi multi-utente: Unix 5

90 Sistemi multi-utente: Unix Il Kernel Linux Sistemi multi-utente: Unix 6

91 Sistemi multi-utente: Unix Elementi di un S.O. (II) Il gestore di networking, periferiche e file system: si occupa di esaudire le richieste di accesso alle memorie di massa, alla rete e alle periferiche del computer. Viene utilizzato ogni volta che si accede a un file su disco,ad un interfaccia di rete o ad altre periferiche e oltre a fornire i dati richiesti tiene traccia, ad esempio, dei file aperti, dei permessi di accesso ai file. Un gestore di memoria virtuale, che alloca la memoria richiesta dai programmi e dal sistema operativo stesso, salva sulla memoria di massa le zone di memoria temporaneamente non usate dai programmi e garantisce che le pagine swappate vengano riportate in memoria se richieste. Sistemi multi-utente: Unix 7

92 Sistemi multi-utente: Unix Elementi di un S.O. (III) Uno scheduler che scandisce il tempo di esecuzione dei vari processi e assicura che ciascuno di essi venga eseguito per il tempo richiesto. Normalmente lo scheduler gestisce anche lo stato dei processi e può sospenderne l'esecuzione nel caso questi siano in idle (esempio: richiesta di dati da disco). Uno spooler che riceve dai programmi i dati da stampare e li stampa in successione, permettendo ai programmi di proseguire senza dover attendere la fine del processo di stampa. Una interfaccia utente (shell o GUI) che permette agli esseri umani di interagire con la macchina. Sistemi multi-utente: Unix 8

93 Sistemi multi-utente: Unix User Interface Sistemi multi-utente: Unix 9

94 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMA MULTITASKING I programmi non hanno sempre realmente bisogno della CPU: a volte, invece di eseguire istruzioni stanno aspettando che arrivino dei dati da un file, o che l'utente prema un tasto alla tastiera. Quindi si può, usare questi tempi "morti" per far girare un altro programma. Questa idea, sorta fin dai primi anni cinquanta, si concretizzò nei sistemi operativi multitasking, cioè dotati di uno scheduler che manda in esecuzione più processi (programmi), assegnando a turno la CPU ad ognuno e sospendendo l'esecuzione dei programmi in attesa di un evento esterno (lettura/scrittura sulle memorie di massa, input utente ecc.) finché questo non si verifica. Sistemi multi-utente: Unix 10

95 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMA MULTITASKING-REQUISITI Maggiore quantità di memoria: si hanno più programmi attivi nello stesso tempo. Questo tipo di sistemi operativi è quasi sempre dotato di un gestore di memoria virtuale. Controllo sulle risorse hardware: Avendo più programmi simultaneamente attivi, il controllo delle risorse hardware diventa una necessità. Due modi di implementare il multitasking: cooperative e preemptive multitasking. Sistemi multi-utente: Unix 11

96 Sistemi multi-utente: Unix COOPERATIVE MULTITASKING Nel cooperative multitasking sono i programmi che, spontaneamente, cedono il controllo al sistema non appena hanno terminato la singola operazione in corso; assorbe meno risorse di calcolo e non ha (quasi) ritardo di commutazione per il cambio di task, e inoltre non richiede nessuna struttura hardware dedicata, il che rende possibile implementarlo su qualunque calcolatore; per contro è molto vulnerabile a errori nei programmi (in genere il crash di un programma fa cadere l'intero sistema) e l'isolamento fra processi è molto debole. Sistemi multi-utente: Unix 12

97 Sistemi multi-utente: Unix PREEMPTIVE MULTITASKING Nel preemptive multitasking è lo scheduler che ferma i programmi allo scadere del quanto di tempo assegnato e trasferisce il controllo dall'uno all'altro. Sono necessarie CPU che implementino in hardware sia dei livelli di privilegio per l'esecuzione del codice, sia una logica specifica per il context switch. Dato che i programmi sono interrompibili al context switch il sistema deve fotografare la situazione del programma e salvarla, e ricaricare quella salvata dal task che subentra, perdendo tempo. Offre una sicurezza del sistema molto maggiore e una (virtuale) immunità ai crash di sistema causati da errori nei programmi. Sistemi multi-utente: Unix 13 context switch: il cambio di task eseguito dallo scheduler Poichè l'interruzione dei programmi è arbitraria, al cambio di task il sistema operativo è costretto a salvare tutti o quasi i registri della CPU e ricaricarli con quelli salvati dal task che subentra, perdendo molto tempo.

98 Sistemi multi-utente: Unix SISTEMA MULTIUTENTE Se un computer può far girare più programmi contemporaneamente, allora può anche accettare comandi da più utenti contemporaneamente. Quindi un sistema Multi-Utente è una naturale estensione di un sistema Multi-Tasking Come un sistema multi-task pone problematiche diverse dal mono-task un sistema multi utente pone problematiche particolari dovute alla presenza di più utenti Sistemi multi-utente: Unix 14

99 Sistemi multi-utente: Unix PROBLEMI TIPICI MULTIUTENZA Un sistema multiutente deve affrontare alcuni problemi distinguere i vari utenti tra loro; garantire che i dati di un singolo utente siano privati; Permettere a degli utenti di condividere i dati, se lo vogliono; Permettere la condivisione solo a certi gruppi di utenti; Non permettere a nessun utente (con un unica eccezione) di causare danni agli altri o alla macchina che sta usando; Gestire l'accesso alle risorse della macchina, in modo che nessun utente possa limitarne l'accesso agli altri. Sistemi multi-utente: Unix 15

100 Sistemi multi-utente: Unix Soluzione Assegnare un account univoco per ogni utente Assegnare un proprietario ai file ed ai programmi Gestire un sistema di permessi per l'accesso ai file ed ai programmi Gestire una gerarchia di utenti. Isolare le risorse hardware dall'accesso diretto dei programmi utenti. Sistemi multi-utente: Unix 16 Questi problemi si risolvono assegnando un account univoco per ogni utente, assegnando un proprietario ai file ed ai programmi e gestendo un sistema di permessi per l'accesso ad essi, e prevedendo una gerarchia di utenti (cioè di account) per cui il sistema rifiuterà tutti i comandi potenzialmente "pericolosi" e li accetterà soltanto se impartiti da un utente in cima alla gerarchia, che è l'amministratore del sistema (generalmente l'account root nei sistemi Unix, Administrator nei sistemi Windows).

101 Sistemi multi-utente: Unix UTENTI DI UN SISTEMA OPERATIVO Gli utenti di un sistema operativo multi-utente non devono per forza essere persone fisiche, anzi... Possono essere basicamente di tre tipi Account amministratore: è l'account che consente l'amministrazione del sistema. Esso deve poter avere accesso ad ogni risorsa presente sulla macchina. Account di servizio : sono account a cui non corrisponde un utente del mondo reale, ma sono associati ad un particolare servizio (o programma) che si intende far girare sulla macchina Account utenti: sono account rilasciati ad utenti reali Sistemi multi-utente: Unix 17

102 Sistemi multi-utente: Unix Benefici di un sistema multi-utente I benefici si possono più facilmente riscontrare su di un sistema operativo server: Ogni servizio può essere isolato dagli altri assegnandolo ad un utente differente Si possono stabilire limiti per ogni servizio, limitando l'utente Si migliora la sicurezza utilizzando utenti non privilegiati Su di una macchina desktop i vantaggi riguardano la sicurezza: è più difficile fare danni non accedendo ad una macchina come root o Administrator Sistemi multi-utente: Unix 18

103 Sistemi multi-utente: Unix PERCHÈ UNIX? Perchè tra i sistemi operativi multi-utente disponibili si parla di UNIX? Unix è uno tra i più vecchi sistemi operativi multi-utente Il modello di multi-utenza di unix si può considerare un modello di riferimento Unix è a tutt'oggi molto usato come sistema operativo server Il modello Unix ha generato una vasta famiglia di sistemi operativi moderni. Sistemi multi-utente: Unix 19