UD 1.5c: Il Sistema Operativo (parte 1)

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1 Prof. Alberto Postiglione Scienze della e Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno UD 1.5c: Il Sistema Operativo (parte 1) Informatica Generale (Laurea in Scienze della e) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in e, Audiovisivi e Società della conoscenza)

2 Bibliografia Curtin, Foley, Sen, Morin Informatica di base, Mc Graw Hill Ediz. Fino alla III : cap. 6.4, 6.5 IV ediz.: cap. 5.4, 5.5 Questi lucidi lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 2

3 Prof. Alberto Postiglione Scienze della e Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno INTRODUZIONE Informatica Generale (Laurea in Scienze della e) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in e, Audiovisivi e Società della conoscenza)

4 1.5c Il Sistema Operativo E in assoluto il prodotto più complesso mai progettato e realizzato dagli uomini. Windows XP conta 40 Milioni di linee di codice Stampate su fogli A4, con interlinea singola, occuperebbero pagine (750 volumi da 500 pagine l uno) Senza Sistema Operativo non sarebbe possibile utilizzare i moderni computer (se non in casi speciali) Supervisiona e gestisce l intero sistema. Carica ogni programma dal disco fisso in RAM e lo esegue Dt Determina dove e come memorizzare dati e programmi sui dischi. Permette l interazione tra programmi, utenti e hardware 4

5 1.5c Le funzioni principali del S.O. Gestisce le risorse hardware del sistema di elaborazione Controlla, ottimizza l uso e coordina la co tra le varie risorse hardware del computer, sia principali (processore e RAM) che periferiche (memorie di massa, schermo, stampanti, tastiera, ecc.). Gestisce le risorse software del sistema di elaborazione Pilota e controlla l esecuzione degli altri programmi Assegna le risorse ai programmi applicativi e ne controlla l attività, per evitare che entrino in conflitto fra loro. Gestisce l interazione tra utente e macchina. Ogni operazione che l utente lutente svolge sul computer viene intercettata dal S.O. direttamente quando l utente con dei comandi esegue certe operazioni predefinite indirettamente quando si serve di programmi applicativi per svolgere operazioni più complesse 5

6 BIOS BIOS è software memorizzato perennemente in ROM BIOS accede alle informazioni sulle periferiche (Setup del computer) memorizzate nella CMOS E una via di mezzo tra hardware e software (Firmware) lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 6

7 1.5c BIOS Il BIOS fornisce il collegamento tra il software e l hardware. In particolare, Il BIOS è lo strumento utilizzato dal SO per accedere all hardware. Il SO intercetta ogni richiesta di uso di una periferica e la trasmette al BIOS Ad esempio, quando si chiede di stampare un documento dall interno di un programma (es Word) Il comando si stampa viene passato dal programma al SO Dal Sistema Operativo esso passa poi al BIOS Il BIOS, infine, si collega alla stampante, dopo aver trasformato la richiesta di stampa in una serie di comandi comprensibili alla stampante 7

8 Funzionalità di un SO Per svolgere le sue funzioni, un SO deve essere in grado di eseguire i seguenti compiti: Interprete dei comandi Gestore dei processi Gestore della memoria centrale Gestore delle periferiche di I/O Gestore del File system lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 8

9 Interprete comandi E l unica parte del sistema operativo direttamente visibile all utente L interprete comandi interpreta i comandi inviati dall utente (da tastiera o con il mouse) e li esegue attivando i programmi corrispondenti o effettuando le operazioni richieste lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 9

10 1.5c La Gestione dei Processi I programmi in esecuzione vengono chiamati processi Programma = lista di istruzioni = nozione statica Processo = programma in esecuzione =nozione dinamica ATTENZIONE: in ogni istante di tempo una CPU può eseguire un solo processo Il Sistema Operativo deve stabilire, in ogni dato istante di tempo, quale processo può utilizzare la CPU Inoltre deve reagire agli eventi esterni (le interruzioni provenienti dalle periferiche) nov n 10

11 La Gestione dei Processi ze to della di Scienze Diverse tecniche di gestione dei processi: Monoprogrammazione e monoutenza Multiprogrammazione e monoutenza (o Multitasking) Multielaborazione e multiutenza Elaborazione parallela (con hardware apposito) La scelta dipende anche dal tipo di calcolatore e dalle sue caratteristiche hw 1.5c nov n 11

12 1.5c Monoutenza e Monoprogrammazione Single User e Single Task Modalità operativa dei personal computer fino a qualche anno fa (sistema MS-DOS): permette l accesso al computer ad un solo utente per volta, il quale può mandare in esecuzione un solo programma alla volta. E' il modo più semplice per gestire un elaboratore il S.O. gestisce in modo sequenziale i diversi programmi, uno per volta poca efficienza i dell'hw a causa della diversa velocità tra CPU e periferiche 12

13 1.5c Monoutenza e Multiprogrammazione Single User e Multi Task (multiprogrammazione) E la modalità operativa dei sistemi Windows client : permette l accesso al computer ad un solo utente per volta, Il quale può mandare in esecuzione più programmi,, che utilizzano le stesse risorse del computer. il S.O deve essere in grado di gestire l uso contemporaneo delle stesse risorse (ad esempio la RAM) da parte delle applicazioni contemporaneamente n m attive, senza che si creino conflitti. In particolare, poiché il processore è unico e quindi può soddisfare una sola richiesta per volta, deve assegnare a e la CPU al singolo processo, tenendo fermi tutti gli altri processi attivi, che restano in attesa di poter utilizzare, a loro volta, la CPU. 13

14 Monoutenza e Multiprogrammazione Un processo perde l uso della CPU (Deallocazione) se: C è Cè richiesta di un operazione di I/O da parte del processo in esecuzione, che in termini di tempo è molto lenta. Termina il tempo a disposizione del processo. Ogni processo accede alla CPU per un breve intervallo di tempo (ad esempio 10 ms), terminato il quale la CPU viene staccata dal processo e viene agganciata al processo successivo, e poi al successivo, ecc., fino a tornare al primo e così via (tecnica del time-sharing o condivisione di tempo) 1.5c nov n 14

15 Multithreading Un programma può effettuare più operazioni contemporaneamente sullo stesso documento. Ad esempio può leggere dati immessi da tastiera, stampare, visualizzare e contemporaneamente salvare il documento. Ovviamente le operazioni non vengono fatte nello stesso momento, ma è applicato i principio del multitasking (il processore esegue le varie operazioni i un po alla volta, passando dall una all altra). 1.5c nov n 15

16 1.5c Multiutenza e Multiprogrammazione Multi User e Multi Task E la modalità operativa dei sistemi Windows server : permette l accesso al computer ad più utenti per volta, Ognuno dei quali può mandare in esecuzione più programmi,, che utilizzano le stesse risorse del computer. Richiede l impiego di notevoli risorse sia da parte del sistema operativo sia dell hardware, per questo generalmente la si trova nei sistemi i più sofisticati i i e su macchine di una certa potenza. nov n 16

17 1.5c Sicurezza e protezione - SO multiutente Un sistema operativo multiutente deve possedere un meccanismo per identificare gli utenti Il sistema più usato è quella di attribuire a ciascun utente una login ed una password Ad ogni utente può essere attribuito un costo per le risorse da lui usate Si può restringere ti a certi utenti til l accesso al lfile system e alle risorse L utente Lutente può avere un proprio ambiente personalizzato nov n 17

18 Elaborazione Parallela Più CPU o più elaboratori cooperano nell'esecuzione dei programmi Problematiche molto complesse Richiedono speciali architetture dei sistemi di elaborazione Sono lo stato dell'arte della tecnologia corrente La CPU può essere caratterizzata da diversi livelli di parallelismo: parallelismo di parola 1.5c parallelismo spaziale parallelismo di istruzione nov n 18

19 Elaborazione Parallela ze to della di Scienze Le principali modalità di elaborazione parallela sono: SIMD (Single Instruction Multiple Data) Ogni CPU esegue le stesse operazioni su dati diversi CPU semplici, in numero elevato Es.: elaborazione di immagini, di suoni, simulazioni a grana fine MIMD (Multiple l Instruction Multiple l Data) Ogni CPU esegue operazioni diverse su dati diversi 1.5c CPU anche complesse, in numero ristretto Es.: elaborazione di grosse quantità di dati, come le immagini a grana grossa nov n 19

20 La Gestione della memoria centrale Il gestore della memoria deve allocare la memoria e partizionarla tra i processi che la richiedono Grazie al gestore della memoria gli strati superiori hanno l illusione che ogni processo abbia una memoria dedicata lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 20

21 1.5c La Gestione della memoria centrale Un servizio offerto dalla gestione della memoria è la cosiddetta memoria virtuale E possibile eseguire programmi più grandi della memoria centrale caricando in memoria solo alcuni parti (pagine) del programma Quando serve una pagina del programma residente su disco avviene la sostituzione di una pagina in memoria con quella desiderata nov n 21

22 La Gestione delle Periferiche di I/O Una caratteristica comune a tutti i dispositivi è quella di operare in modo asincrono rispetto al processore Consideriamo una tastiera che produce dei dati di input. Il processore non è in grado di prevedere e di controllare il momento in cui un dato di input sarà a disposizionei i Allo stesso modo, il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in output avrà terminato di produrre i dati in uscita 1.5c Sono pertanto necessarie delle forme di sincronizzazione tra i dispositivi e il processore nov n 22

23 1.5c La Gestione delle Periferiche di I/O Un dispositivo di input deve avvertire il processore quando un dato di input è disponibile Un dispositivo di output deve avvertire il processore quando ha terminato di produrre dati in uscita o quando è pronto per ricevere dati dal processore I dispositivi di Input/Output inviano al processore un segnale, detto interrupt, per richiedere l'attenzione del processore stesso nov n 23

24 1.5c La Gestione delle Periferiche di I/O Ad ogni ciclo di clock, l'unità di controllo, prima di iniziare l'esecuzione della prossima istruzione del programma in corso, verifica se è arrivato un segnale di interrupt da parte di qualche dispositivo Se non c'è alcun segnale di interrupt il processore prosegue normalmente, altrimenti sospende l'esecuzione del programma in esecuzione ed esegue le operazioni richieste dal dispositivo nov n 24

25 Prof. Alberto Postiglione Scienze della e Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Le Categorie dei Sistemi Operativi Informatica Generale (Laurea in Scienze della e) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in e, Audiovisivi e Società della conoscenza)

26 1.5c 26 Sistema Operativo e Hardware Tutti gli elaboratori sono dotati di Sistema Operativo. Un Sistema Operativo è legato alla complessità dell hardware (un SO di un mainframe è diverso da quello di un portatile) Monoprogrammazione-Multiprogrammazione-Multiutenza r n M r n M t nz sono invece una caratteristica del sistema operativo. Caricando su un PC il sistema operativo DOS, avremo un funzionamento di tipo single user e single task. Se sullo stesso PC carichiamo Windows XP Professional, avremo un funzionamento di tipo Single User e Multi Task. Infine caricando il sistema operativo Windows XP Server, avremo un funzionamento di tipo Multi User e Multi Task.

27 Sistemi Operativi per Desktop MS-DOS, della Microsoft, è stato il primo sistema operativo per PC (in disuso) Windows, della MS, è installato su circa 80-90% dei PC Windows 95/98, sistemi operativi per PC, di vecchia generazione Windows NT, sistema operativo per PC, di vecchia generazione e utilizzato come server di rete Windows 2000/XP, sistemi operativi per PC ancora molto diffusi 1.5c Windows Seven (7), il sistema operativo di ultima generazione 27 MacOS X, della Apple è installato su circa il 2% dei PC Linux/Unix è installato sui restanti Computer.

28 Quote di mercato dei Sistemi Operativi lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 28

29 Quote di mercato dei Sistemi Operativi lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 29

30 Evoluzione dei sistemi Windows lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 30

31 Sistemi Operativi per Server Server: Computer che gestisce reti di altri computer. Sistemi Operativi potenti, sicuri e affidabili. Sono Multiuser, Multitasking, Multithreading Esempi: Windows Server IBM OS/2 (non più utilizzato) Unix lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 31

32 Sistemi Operativi Opensource Linux e Unix sono Sistemi Operativi aperti. Un SO aperto, detto anche Opensource, funziona su macchine diverse. Fa parte della categoria dei software Public Domain, quindi esso è completamente gratuito 1.5c è modificabile da qualsiasi programmatore, essendo distribuito assieme al codice sorgente Presente in molte versioni, a volte non compatibili tra di loro (dato che ognuno può modificarlo ) 32

33 1.5c Sistemi Operativi Proprietari Un SO Proprietario funziona su un solo tipo di computer. Sviluppati da grandi case per mainframe e minicomputer IBM sviluppò il SO OpenMVS Digital sviluppò il VMS (poi diventato OpenVMS) Spesso le case costruttrici sviluppavano anche il Software Applicativo (detto anch esso proprietario ) Svantaggi principali: Dipendenza pressoché totale dal produttore anche per semplici operazioni di personalizzazione che coinvolgono modifica del codice Costi elevatissimi Difficoltà di portabilità del software e, spesso, anche dei dati. 33

34 Altri Sistemi Operativi per tascabili e palmari, che utilizzano un touch-screen e una tastiera virtuale: Windows CE Windows Mobile 2003 Palm OS Sistemi Operativi Embedded sono invece incorporati in piccoli dispositivi e sono codificati su un chip di memoria ROM, invece che su Hard Disk. lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 34

35 1.5c Il Sistema Operativo In un computer possono essere presenti più sistemi operativi,, utilizzabili singolarmente poiché un loro uso contemporaneo creerebbe un conflitto nella gestione delle risorse della macchina. Per poter installare più sistemi operativi è necessario suddividere l'hard disk in sezioni separate (partizioni) e assegnare a ognuna un sistema operativo che avrà il compito di gestire il computer ogni volta che si lavora con essa. nov n 35

36 Prestazioni di un Sistema Throughput: quantità di lavoro effettivamente svolto, espressa in qualche unità di misura sensata (job al minuto, ecc.) Overhead: i costi di gestione Ottimizzare le prestazioni: ridurre l overhead al minimo per ottenere il massimo throughput lberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com i tà Salerno di 1.5c 36