SISTEMI OPERATIVI. Struttura dei. Sistemi Operativi. Giorgio Giacinto 2015

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1 SISTEMI OPERATIVI Struttura dei Sistemi Operativi 2

2 Panoramica dei servizi del sistema operativo 3 4

3 Cos è una chiamata al sistema?» Il SO mette a disposizione i suoi servizi ai programmi utente attraverso funzioni (C, C++ ) Alcune porzioni potrebbero essere scritte in assembly» Il programmatore interagisce con il SO tramite API (Application Programming Interface) Funzioni in linguaggio di alto livello (C, C++, ) Sintassi standard delle API (POSIX, Win32)» Un servizio del SO tramite API può coinvolgere più di una chiamata al sistema 5 Servizi del sistema operativo e chiamate al sistema Copia di dati da un file a un altro 6

4 API Un esempio» read() - API UNIX - Linux int fd descrittore file da cui leggere void *buf - buffer in cui scrivere i dati provenienti dai file size_t count - numero massimo di byte da trasferire dal file al buffer La funzione ritorna il numero di byte effettivamente letti 7 Chiamata al sistema open() 8

5 Libreria standard del linguaggio C - write() 9 Categorie di chiamate di sistema» Controllo dei processi» Gestione dei file» Gestione dei dispositivi» Gestione delle impostazioni di base» Comunicazione 10

6 Esempi chiamate di sistema UNIX - Win32 Controllo dei processi Windows CreateProcess() ExitProcess() WaitForSIngleObject() UNIX fork() exit() wait() Gestione dei file CreateFile() ReadFile() WriteFile() CloseHandle() open() read() write() close() Gestione dei dispositivi SetConsoleMode() ReadConsole() WriteConsole() ioctl() read() write() Gestione delle informazioni Comunicazione Protezione GetCurrentProcessID() SetTimer() Sleep() CreatePipe() CreateFileMapping() MapViewOfFIle() SetFileSecurity() InitializeSecurityDescriptor() SetSecurityDescriptorGroup() getpid() alarm() sleep() pipe() shmget() nmap() chmod() umask() chown() 11 Esecuzione nel MS-DOS (a) All avviamento del sistema (b) Durante l esecuzione di un programma 12

7 Esecuzione di più programmi nelsistema operativo FreeBSD 13 14

8 Programmi di sistema» Programmi accessori e programmi di utilità di sistema Gestione, modifica, backup di file Informazioni di stato Ambienti di supporto alla programmazione (compilatori, debugger, ecc.)» Altri programmi inclusi nel sistema, ma non parte del sistema in senso stretto Web browser Office automation Lettori multimediali 15 16

9 Aspetti della progettazione e realizzazione» Scopi Campo di utilizzo del sistema e categorie di utenti» Criteri (policy) e meccanismi Cosa fare e come farlo» Realizzazione Linguaggi di alto livello e linguaggio assembly 17 18

10 Struttura semplice» È la struttura tipica dei primi sistemi operativi Progettati ad hoc per utilizzare in modo più agevole i sistemi di calcolo Riflettono le limitazioni dell hardware Es. MS-DOS e prime versioni UNIX» Caratteristiche salienti Scarsa modularità + Progettato in modo monolitico Possibilità di accesso diretto a I/O dei programmi utente 19 Struttura semplice MS-DOS application program resident system program MS-DOS device drivers ROM BIOS device drivers 20

11 Struttura semplice UNIX 21 Struttura a strati» Necessario supporto hardware» Suddivisione in moduli Il sistema operativo può nascondere gran parte delle funzionalità di basso livello + Maggior sicurezza del sistema da usi impropri Aggiornamento e aggiunta di funzionalità più agevole I programmatori interagiscono solo con le funzioni esposte ad alto livello (API) 22

12 Struttura a strati Modello a buccia di cipolla Problemi di progettazione: - numero degli strati - funzionalità presenti in ciascuno strato - efficienza del sistema 23 Microkernel» Anni 80: i kernel dei sistemi operativi erano di dimensioni elevate» Microkernel: individuare le funzioni essenziali, implementando il resto come processi utente Es. sistema Mach (Carnegie Mellon)» I componenti esterni al microkernel sono implementati come processi server Interagiscono fra di loro tramite scambio di messaggi attraverso il microkernel + possibile fonte di rallentamenti del sistema 24

13 Microkernel Application Program File System Device Driver user mode messages messages Interprocess Communication memory managment CPU scheduling kernel mode microkernel hardware 25 Struttura modulare» Modalità di progettazione mutuata dalla programmazione orientata agli oggetti kernel con componenti fondamentali funzionalità integrative realizzati come moduli caricabili dinamicamente + ad es., supporto per file system diversi i moduli possono comunicare fra loro senza l intervento del kernel» Aspetti positivi della struttura a strati e a microkernel 26

14 Sistemi ibridi» I SO moderni non seguono un modello in particolare Le funzionalità possono essere realizzate seguendo modelli diversi + Scopo + Prestazioni + Esperienza utente 27 Struttura dei moderni SO Application programming interface Application binary interface Instruction Set Architecture Application programs Libraries/utilities Operating system Execution hardware Software System interconnect (bus) I/O devices and networking Memory translation Main memory Hardware 28

15 Struttura MS Windows 29 Struttura di Mac OS X 30

16 Struttura di ios 31 Struttura di Android 32