Evoluzione dei sistemi operativi (5) Evoluzione dei sistemi operativi (4) Classificazione dei sistemi operativi

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1 Evoluzione dei sistemi operativi (4) Sistemi multiprogrammati! più programmi sono caricati in contemporaneamente, e l elaborazione passa periodicamente dall uno all altro Evoluzione dei sistemi operativi (5) Personal computer, workstation, sistemi distribuiti! più elaboratori collegati in rete condividono risorse e distribuiscono potenza di calcolo job 3 disco job 2 job 1 partizioni di input output sistema operativo spooling system Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 45 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 46 Classificazione dei sistemi operativi Sistemi dedicati (home computer, videogiochi) Sistemi batch (sistemi EDP) Sistemi interattivi in time-sharing (Unix) Sistemi in tempo reale (sistemi dedicati, sistemi industriali) Sistemi transazionali Sistemi misti Sistemi personali Sistemi operativi virtuali Sistemi dedicati (home computer, videogiochi) La macchina serve un solo utente e svolge un solo compito! funzioni base per interpretare comandi e eseguire programmi! supervisori o monitor! semplicità, basso livello, scarso sfruttamento del tempo macchina Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 47 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 48

2 Sistemi batch (sistemi EDP) La macchina serve un lotto di programmi in sequenza, in modo non interattivo! serializzazione delle operazioni di ingresso / uscita! sovrapposizione dei lavori! elaborazione non assistita! sfruttamento del tempo macchina Sistemi interattivi in time-sharing (Unix) La macchina serve a turno più utenti ripartendo tra essi l utilizzo delle risorse (unità,, periferiche)! ogni utente lavora indipendentemente dagli altri, avendo l impressione di utilizzare una macchina dedicata! protezione! sfruttamento delle risorse della macchina Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 49 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 50 Sistemi real-time La macchina esegue più attività sulla base di una scala di priorità, sospendendo i lavori meno urgenti a favore dei più urgenti! protezione, tempi di risposta! gestione conflitti! sfruttamento delle risorse compatibilmente con le esigenze dell ambiente esterno Sistemi transazionali Permettono l uso di programmi applicativi e l accesso a archivi di dati salvaguardando la compiutezza delle operazioni! gestione del traffico verso sistemi remoti! gestione della concorrenza tra gli utenti! gestione degli errori e ripristino della coerenza dei dati Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 51 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 52

3 Altri tipi di sistemi operativi Sistemi misti! presentano più caratteristiche contemporaneamente, in funzione dell utilizzo e della configurazione! sistemi multi-purpose, operano in time-sharing, con meccanismi di priorità e possibilità di elaborazioni batch Sistemi personali! offrono possibilità di esecuzioni multiple da parte di un unico utente Sistemi operativi virtuali! offrono all utente la scelta di più sistemi operativi sulla stessa macchina Struttura a livelli di un sistema operativo Un sistema operativo complesso definisce una serie di macchine virtuali, realizzate per mezzo di astrazioni sopra la macchina fisica. HW interfaccia utente gestore dell gestore della nucleo file system Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 53 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 54 Nucleo di un sistema operativo (1) Nucleo di un sistema operativo (2) In un sistema ideale dedicato alla esecuzione di un solo programma le operazioni sono sequenziali e sincrone! tutte le operazioni (elaborazione, ingresso e uscita, controllo dell esecuzione) sono eseguite una dopo l altra in modo deterministico e ripetibile! ogni azione viene terminata prima di passare all azione successiva! l esito dell elaborazione non dipende dal tempo totale di esecuzione, né dal tempo relativo di esecuzione delle singole operazioni In un sistema reale multiprogrammato tale comportamento può essere riferito al singolo programma, ma non al sistema nel suo complesso Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 55 La macchina è dotata di un solo processore e di una sola. Il nucleo ripartisce l uso della unità tra i diversi processi attraverso la gestione delle interruzioni! si genera una macchina virtuale in cui ad ogni programma attivo (processo) corrisponde una unità virtuale dedicata.! i programmi che vengono eseguiti in tale ambiente non devono occuparsi della ripartizione dell uso dell unità, poiché ciascuno ne utilizza una diversa (virtuale) Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 56

4 Nucleo di un sistema operativo (3) Gestore della (1) Il gestore della di un sistema operativo consente di programmare riferendosi ad uno spazio di indirizzamento virtuale, indipendente dall effettivo spazio di indirizzamento della fisica. Si genera una macchina virtuale in cui ogni processore (virtuale) ha a disposizione una privata la cui corrispondenza con la fisica non è (in linea di principio) rilevante. processo 1 processo n I programmi possono essere sviluppati senza sapere la configurazione reale della in cui saranno allocati Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 57 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 58 Gestore della (2) Gestore delle periferiche di (1) Il gestore delle periferiche realizza due tipi di virtualizzazione:! come i due gestori precedenti, ripartisce l utilizzo delle risorse esterne in modo che ogni processo possa vedere una periferia dedicata, in cui non ci sono conflitti di utilizzo con altri processi o utenti non è necessario gestire la sincronizzazione e i tempi di attesa (operazioni sincrone)! fornisce un insieme di funzioni di gestione di alto livello che, mascherando le differenze costruttive delle apparecchiature, rendono omogeneo l utilizzo della periferia anche se questa è diversificata processo 1 processo n Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 59 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 60

5 Gestore delle periferiche di (2) File system (1) Il file system assegna alle informazioni memorizzate su una una organizzazione e una strutturazione riferite all utilizzo delle informazioni e non al loro schema di memorizzazione! le informazioni sono raccolte in unità logiche (file) identificate da un nome, di cui si ignora la struttura fisica e l allocazione sul supporto di memorizzazione! l accesso avviene tramite funzioni che operano sul contenuto in base alla sua organizzazione logica (stream, record)! sono gestite sia la privatezza dei dati, sia i conflitti di accesso nel caso di utilizzo condiviso tra più utenti Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 61 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 62 File system (2) disco fisico Sistemi operativi virtuali Replicano macchine complete su cui possono girare più sistemi operativi diversi organizzazione logica Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 63 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 64

6 Sistemi operativi a microkernel (client-server) Dividono i servizi in più processi che comunicano attraverso un nucleo semplificato Sistemi distribuiti Estendono il modello client-server su una architettura distribuita attraverso lo scambio di messaggi lungo una rete Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 65 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 66 Sistemi operativi moderni Dimensione del nucleo di un sistema operativo Unix Ha una struttura a livelli che maschera la visibilità della macchina fisica! il livello più interno è il kernel, che racchiude le funzioni di gestione dei processi, della e dell Alcuni programmi di utilità esterni al sistema operativo sono forniti con il sistema! interpreti comandi (shell)! compilatore C Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 67 (Stallings, 2000) Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 68

7 I livelli di un sistema Unix La struttura del kernel di Unix Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 69 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 70 Alcuni sistemi Unix System V Release 4 (SVR4) Solaris 2.x 4.4BSD Linux Windows NT/2000 (1) E progettato per utilizzare al meglio le proprietà delle architetture moderne a 32 bit Fornisce meccanismi di esecuzione multitask in un ambiente mono-utente E basato sul paradigma client-server Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 71 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 72

8 Windows NT/2000 (2) Ha un architettura modulare che consente un elevato livello di flessibilità nella configurazione! può adattarsi a macchine differenti sul piano hw (in modo limitato)! supporta applicazioni scritte per altri sistemi operativi (in modo limitato) E un architettura microkernel modificata! molte funzioni esterne al microkernel sono eseguite in modo kernel! ogni modulo del sistema può essere rimosso, aggiornato o sostituito senza modificare il resto del sistema Struttura a livelli di Windows NT/2000 Hardware abstraction layer (HAL)! è un livello che isola il sistema operativo dalle differenze hardware specifiche della singola piattaforma Microkernel! il kernel contiene solo i componenti essenziali del sistema operativo o quelli più utilizzati! il resto è costituito da oggetti e processi esterni Device driver! traducono le richieste dei processi utente in richieste ai dispositivi di controllo dllo specifico hardware Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 73 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 74 Hardware Abstraction Layer Il nucleo di Windows NT/2000 (executive) manager Object manager Security reference monitor Process/thread manager Local procedure call (LPC) Facility Virtual memory manager Cache manager Windows/graphics modules Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 75 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 76

9 I sottosistemi ambientali L architettura di Windows NT/2000 I processi utente si appoggiano ai sottosistemi ambientali (environment subsystems)! Win32! OS/2! Posix Applicazioni progettate per sistemi Windows bit, per sistemi OS/2 o per sistemi Posix trovano in WIndows NT/2000 un ambiente di esecuzione che simula l ambiente nativo Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 77 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 78 Il modello client - server Rende più semplice l executive! è possibile estendere o modificare le funzioni fornite (API, Application Program Interface) Migliora l affidabilità! ogni servizio è svolto da un processo separato! i processi client non hanno accesso diretto alla macchina hw (protezione) Permette di remotizzare i servizi costituendo la base per l elaborazione distribuita Thread e SMP (simmetric multiprocessing) L esecuzione dei processi si basa sui due concetti di thread e di multiprocessing simmetrico! un processo può avere al suo interno più flussi di esecuzione logicamente paralleli (thread)! un processo server può creare tanti thread quanti sono i client che richiedono il servizio! in un hardware multiprocessor i thread possono essere eseguiti da processori diversi! i processor fisici sono perfettamente equivalenti rispetto ad ogni richiesta di esecuzione (simmetric multiprocessing) Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 79 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 80

10 L implementazione dei sottosistemi ambiente Esecuzione di programmi MS-DOS Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 81 Augusto Celentano Sistemi Operativi A - 82