TECNICO SUPERIORE PER L AUTOMAZIONE INDUSTRIALE. Sistemi Operativi. Utilizzo dei sistemi operativi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05

Transcript

1 Sistemi Operativi Utilizzo dei sistemi operativi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 1

2 Software di sistema e applicativo Di sistema: controlla e regola il comportamento del sistema stesso il più importante dei software di sistema è il sistema operativo: controlla le risorse del sistema fornisce la base su cui costruire tutti gli altri programmi Applicativo: risolve i problemi dell utente, appoggiandosi sullo strato fornito dal sistema operativo ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 2

3 Sistema Operativo Agisce come intermediario tra l utente e il sistema fisico (hardware) mascherando le caratteristiche specifiche Mette a disposizione degli utenti un ambiente nel quale eseguire programmi applicativi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 3

4 Classificazione dei SO I SO sono classificabili per Tipo: multiutente/singolo utente, multitasking/single-tasking, real-time, distribuiti, embedded,.. Licenza: proprietari e non Applicazioni: desktop, notebook, netbook, pda, smartphone, sistemi embedded, workstation, mainframe, ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 4

5 SO Multitasking Per Multitasking si intente la capacità del SO di eseguire più programmi contemporaneamente ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 5

6 SO 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. Il multitasking sfrutta principalmente il meccanismo del time sharing (ripartizione del tempo CPU tra i processi) Due modi di implementare il multitasking: cooperative e preemptive multitasking ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 6

7 SO Multiutente Un sistema multi-utente è una naturale estensione del multitasking. Le problematiche tipiche di un sistema multiutente sono: 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 ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 7

8 SO Multiutente Le soluzioni sono: 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 (ACL) Gestire una gerarchia di utenti. Isolare le risorse hardware dall'accesso diretto dei programmi utenti ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 8

9 Utenti di un SO Gli utenti di un sistema operativo multi-utente non devono per forza essere persone fisiche, anzi... Possono essere essenzialmente 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 ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 9

10 ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 10

11 Real Time OS (RTOS) Un sistema operativo real time è un sistema operativo multitasking progettato per il supporto di applicazioni realtime. Questi sistemi vengono utilizzati tipicamente in ambito industriale (controllo di processo, pilotaggio di robot, o comunque dove sia necessario ottenere una risposta dal sistema entro un tempo prefissato). Un sistema operativo real-time non deve essere necessariamente veloce: non è importante l'intervallo di tempo in cui il sistema operativo/applicativo deve reagire; l'importante è che risponda entro un tempo massimo predeterminato. In altre parole il sistema deve essere prevedibile (sistema deterministico). Es. LynxOS, QNX, VxWorks,.. (fonte wikipedia) ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 11

12 Sistemi Embedded Generalmente con il termine sistema embedded (incorporato) si identificano tutti quei sistemi elettronici di elaborazione a microprocessore progettati appositamente per una determinata applicazione (special purpose) ovvero non riprogrammabili dall'utente per altri scopi, spesso con una piattaforma hardware ad hoc, integrati nel sistema che controllano ed in grado di gestirne tutte o parte delle funzionalità richieste. (fonte:wikipedia) ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 12

13 Sistemi embedded I sistemi Embedded (dedicati) vengono progettati, realizzati e distribuiti per degli obiettivi precisi in contrapposizione ai sistemi aperti, tipici dei Personal Computer e non solo, che nascono con la possibilità di essere utilizzati per le più disparate applicazioni. Alcuni esempi sono: le stampanti, i riproduttori DVD, i robot e molti dispositivi simili per l industria, i navigatori satellitari, i telefoni cellulari, le biglietterie automatiche, ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 13

14 Sistemi embedded Per una larga fascia di microcontrollori a 8bit e di CPU a 16bit, non è necessario un vero e proprio SO, mentre per altri, con l aumentare della complessità delle richieste, della necessità di adeguarsi agli standard di mercato e la crescente esigenza di mutua comunicazione, si è andata concretizzando una richiesta di sistemi operativi embedded che coronassero esigenze precise: Affidabilità Performance Economicità ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 14

15 SO Embedded per PDA e Smartphone ios (Apple) Symbian (Nokia, Sony,..) PalmOS Windows Mobile, Windows Phone 7 Android BlackBerryOS ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 15

16 SO distribuiti Si realizzano attraverso l aggregazione logica di più calcolatori (nodi) finalizzata all ottimizzazione delle risorse hardware. La struttura di questi sistemi è tale che l utente abbia la sensazione di operare su una entità singola e locale. ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 16

17 Architettura di un SO Un moderno S.O. è organizzato secondo una architettura a strati (a cipolla) Ogni strato implementa una macchina virtuale più potente del precedente Appoggiandosi alle funzionalità offerte dallo strato precedente Tale approccio permette una chiara separazione tra interfaccia e implementazione delle diverse funzionalità Ogni strato è costituito da un insieme di programmi e librerie I meccanismi di chiamate tra livelli possono essere diversi chiamate a sottoprogrammi, interruzioni sincrone o asincrone, invio di messaggi a processi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 17

18 Architettura di un SO Programmi utente Interfacce utente Interprete dei comandi Interfaccia grafica Gestore del file system Gestori di risorse (kernel) Gestore delle periferiche Gestore della memoria Gestore dei processi (kernel) Macchina fisica ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 18

19 Il Kernel Si appoggia direttamente sulla macchina fisica Effettua la gestione dei processi In un sistema multitasking realizza una macchina virtuale in cui ad ogni processo è assegnata un processore virtuale Comprende i principali programmi di risposta ad interruzione Realizza le primitive di sincronizzazione e scambio messaggi tra processi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 19

20 Il gestore della memoria Realizza le funzionalità di allocazione della memoria Supera i limiti della memoria fisica e mostra ai processi uno spazio di memoria virtuale Partiziona la memoria tra i vari processi che la richiedono Garantendo la protezione delle diverse zone di memoria ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 20

21 Il gestore delle periferiche Maschera le caratteristiche fisiche delle periferiche Fornisce agli strati superiori un insieme di procedure di alto livello per l accesso alle diverse periferiche Offre ad ogni processo la visibilità di un insieme di periferiche virtuali dedicate Gestisce, almeno in parte, i malfunzionamenti delle periferiche ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 21

22 Il gestore del file system Le funzioni di base che sono supportate da un file system sono Il recupero di dati precedentemente memorizzati L eliminazione di dati obsoleti La modifica/aggiornamento di dati preesistenti La copia di dati Tra supporti di memorizzazione diversi (ad es. da HD a CD) In cartelle diverse nello stesso supporto ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 22

23 Il gestore del file system I dati contenuti nella memoria di massa vengono strutturati e gestiti mediante una organizzazione in file Un file è un contenitore logico identificato da un nome (filename) Ad ogni file sono poi associati dal sistema operativo altri dati Data di creazione / modifica Lunghezza del file (in byte) Utenti/Gruppi che possono accedere ai file ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 23

24 Il gestore del file system I file vengono suddivisi in più contenitori logici, chiamati directory o cartelle (folders) Le cartelle sono organizzate secondo una struttura ad albero Il file system contiene una directory detta radice dell albero che può contenere file o altre cartelle ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 24

25 Il gestore del file system Ciascun file è individuato univocamente dal suo nome completo o percorso assoluto Ad es. D:\downloads\temp\pippo.txt (per sistemi windows) Ad es. /home/utente/documents/pippo (per sist. unixlike, non è necessaria l estensione) Due file con lo stesso nome in due cartelle distinte, ad esempio D:\Immagini\Compleanno\foto1.jpg D:\Documenti\foto1.jpg fanno riferimento a due file che in generale possono essere DIVERSI ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 25

26 File System: linux Linux supporta più filesystem differenti, ma scelte comuni per il disco di sistema includono la famiglia ext* (come ext2, ext3 ed ext4 ), XFS, ReiserFS e altri. Ext2 (Second Extended Filesystem) è stato per molto tempo il FS di default per molte distribuzioni linux. Nonostante sia stato sostituito da ext3 prima e ext4 poi, è ancora discretamente diffuso per via delle sue buone prestazioni e della grande stabilità. Le versioni 3 e 4 di ext* hanno apportato alcune migliorie rispetto ext2 la più importante delle quali è il journaling. Un journaled FS tiene traccia dei cambiamenti che sono stati fatti in una sorta di diario memorizzato in un area protetta del FS. Questo permette il ripristino del FS in caso di crash o mancanza di alimentazione elettrica. ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 26

27 File System: linux XFS è un FS open source creato inizialmente per supercomputer e strutturato esplicitamente per contenere files di grandi dimensioni in grandi volumi. Trova oggi larga applicazione in sistemi di storage. ReiserFS: creato alla fine degli anni 90 ha avuto un iniziale successo per essere stato il primo a presentare un sistema di journaling e per le ottime prestazioni soprattutto nella gestione di files di piccole dimensioni. Alcune problematiche e bachi ne hanno recentemente determinato il progressivo abbandono come default FS da parte di alcune importanti distribuzioni. ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 27

28 File System: mac Mac OS X utilizza un file system cereditato dai classici Mac OS chiamato HFS Plus, chiamato anche Mac OS Extended. A causa delle radici Unix di Mac OS X, i permessi Unix sono stati aggiunti a questo FS. Alle versioni successive di HFS Plus sono stati aggiunti un Journal per prevenire la corruzione della struttura del file system e una serie di ottimizzazioni per gli algoritmi di allocazione, nel tentativo di ottenere una deframmentazione automatica dei files senza bisogno di un deframmentatore esterno. ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 28

29 File System: windows Windows: tipicamente usa FAT e NTFS. FAT (File Allocation Table) ha rappresentato per anni il FS di default per i SO della Microsoft. Le prime versioni di FAT presentavano alcuni vincoli (nomi file in formato 8.3) e alcune limitazioni (dimensioni dei file, dei volumi,..) superate con l introduzione di FAT32 (fino a 2 TB per i volumi, 2 GB per i file). NTFS (New Technology File System), introdotto nei primi anni 90, NTFS ha rapidamente soppiantato FAT come default FS dei sistemi Windows. Rispetto FAT presenta le seguenti migliorie: Introduzione del journaling (affidabilità) Controllo d accesso (sicurezza) Gestione dei nomi lunghi (fino a 255 caratteri in codifica Unicode) Gestione dei volumi e file di grandi dimensioni (256 TB e 16 TB risp.) ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 29

30 L interprete comandi e l interfaccia grafica Costituiscono l interfaccia verso l utente Consentono l interazione dell utente con il s.o. e con i programmi applicativi in esecuzione Permettono di accedere ai programmi conservati su memoria di massa e mandarli in esecuzione allocando la memoria necessaria e creando il processo relativo Nel caso di un sistema multiutente forniscono ai diversi utenti la visione di una macchina virtuale dedicata ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 30

31 ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 31

32 Fonti Wikipedia Il Sistema Operativo. Rappresentazione dell Informazione. Cenni di Programmazione Politecnico di Milano Prof. Gianluca Palermo Informatica Arena, Borchia, Bruno, Messina Petrini ed. ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05 32