Programma e Modalità d Esame

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1 Programma e Modalità d Esame Come programma di esame si assumono tutti gli argomenti trattati dai docenti del corso nelle videolezioni. Tali argomenti sono riepilogati di seguito: I. Concetti base dei Sistemi Operativi: Funzioni di un sistema operativo, gestione delle risorse, II. III. IV. macchina virtuale. Evoluzione dei sistemi operativi, classificazione e organizzazione dei sistemi operativi. Sistemi monoprogrammati, multiprogrammati e a divisione di tempo. Componenti e struttura dei Sistemi Operativi: sistemi batch, interattivi, general purpose, special purpose. Componenti di un sistema operativo. Chiamate di sistema (system call). Struttura di Unix. Organizzazione di un Sistema Operativo: sistemi monolitici, a livelli, macchine virtuali, modello cliente servitore. Esempi: MS-DOS, OS-2 Unix. Processi: definizione di processo, stati di un processo. Descrittore di processo. Scambio della CPU tra processi. Modello a processi. Processi concorrenti, indipendenti e interagenti. Interazione tra processi: competizione e comunicazione. Sincronizzazione tra processi. Semafori e primitive di sincronizzazione wait e signal. Soluzione dei problemi di mutua esclusione e comunicazione. V. Blocco critico (deadlock): definizione di blocco critico. Condizioni per il blocco critico. Risorse VI. VII. fisiche e logiche. Metodi per trattare il blocco critico. Esempi: Unix. Prevenzione statica e dinamica. Blocco individuale (starvation). Problemi di sincronizzazione: non interrompibilità di wait e signal. Sistemi multiprocessore, primitive di lock e unlock. Operazione test-and-set-lock. Modello a scambio di messaggi: modelli di interazione tra processi. Modello a scambio di messaggi: primitive send e receive. Comunicazione e sincronizzazione. Chiamata di procedura remota. Esempi di sistemi a scambio di messaggi. Meccanismi di comunicazione in Unix: segnali, pipe, fifo. Primitive msgsnd, msgrec. VIII. Assegnazione della CPU: long term, medium term e short term scheduling. Tipi di algoritmi: IX. round-robin, priorità statica e dinamica. Code di priorità. Esempio: Unix. Algoritmi FCFS, SJF per sistemi batch. Nucleo di sistema operativo: compiti del nucleo di sistema operativo. Meccanismi costituenti il nucleo: meccanismo di schedulazione, meccanismo di sincronizzazione. Strutture dati del 1

2 nucleo: descrittori di processo, code di descrittori, strutture semaforiche. Procedure del nucleo: per le gestioni delle code, per il cambio di contesto, per la gestione della transizione tra stati. Esempio di esecuzione simulata delle procedure del nucleo. Nucleo di Unix: process structure, user structure e text structure. Immagine di un processo in memoria. X. Creazione e terminazione dei processi in Unix: chiamate di sistema fork, wait, exit, exec. Descrizione delle proprietà. Esempi di utilizzazione. XI. Comunicazione e sincronizzazione dei processi in Unix: segnali. Descrizione delle proprietà. Terminazione dei processi. Tipi di segnali: primitiva signal. Esempi di utilizzazione. Gestione dei segnali: primitive alarm, pause, sleep, kill. Esempi di utilizzazione. Strumenti di comunicazione: pipe e fifo. XII. Gestione della memoria: Introduzione al problema della gestione della memoria principale. Compiti del gestore della memoria. Concetto di memoria virtuale. Allocazione statica e dinamica della memoria: primitive di swap-in e swap-out. Distinzione tra indirizzi virtuali e indirizzi fisici. Rilocazione statica. Generazione dello spazio virtuale di un processo. Operazioni eseguite sugli indirizzi: fasi di traduzione, collegamento e caricamento di un programma.. Rilocazione dinamica. Tecniche di allocazione della memoria senza rilocazione dinamica.: partizioni fisse e partizioni variabili. Gestione FIRST-FIT e WORST-FIT. Frammentazione interna e esterna. Rilocazione dinamica: registri base e limite. Compattamento della memoria. Condivisione del codice: partizioni multiple. Paginazione: meccanismo di traduzione degli indirizzi. Tabelle delle pagine. Paginazione su domanda: interruzioni di page fault e loro gestione. Rimpiazzamento delle pagine. Meccanismo di traduzione degli indirizzi tramite memoria associativa. Paginazione a più livelli. Algoritmi di rimpiazzamento: FIFO, LRU, clock algorithm. Condivisione di pagine. Memoria virtuale segmentata: allocazione della memoria, descrittore di segmento. Esempi di sistemi segmentati con riferimento al microprocessore INTEL 286. Segmentazione con paginazione con riferimento al microprocessore INTEL 386. Gestione della memoria in Unix. XIII. Gestione della periferiche di ingresso e uscita: Compiti del sottosistema di I/O. Tipi di dispositivi: a blocchi, a carattere e speciali. Controllore di un dispositivo. Architetture hardware di riferimento. Sincronizzazione tra processi interni e esterni. Architetture software: suddivisione in livelli gerarchici. Device driver e gestore delle interruzioni. Procedure di 2

3 XIV. XV. XVI. gestione delle interruzioni di ingresso-uscita. Struttura di un driver di periferica. Primitive di ingresso-uscita e funzioni di libreria. Esempio: Unix. Gestione dei file: Funzioni del file system. Realizzazione del file system. Struttura del disco: indirizzamento fisico e logico. Gestione dello spazio libero. Metodi di allocazioni dei file: contigua, a lista e a indice. Proprietà dei file: nome, tipe e attributi. Descrittori e direttori. Struttura dei direttori. File system di Unix: struttura e proprietà. Protezione. Rappresentazione in memoria secondaria. I-node e allocazione dei file. Operazioni sui file. Metodi di accesso ai file: byte-stream, sequenziale, diretto e a chiave. File system di Unix: descrittore dei file, operazioni di open, close, create, read, write, link e unlink. Esempio di accesso a pipe. Prestazioni, affidabilità e sicurezza del file system. Buffer di I/O. Tecniche di back-up. Tecniche per la consistenza del file system. Interprete dei comandi Unix: shell di Bourne. Classificazione dei comandi. Comandi per la gestione dei direttori. Comandi per la gestione dei file. Redirezione dei comandi. Piping dei comandi. Esecuzione dei comandi nello Shell. Realizzazione del meccanismo di redirezione, realizzazione del meccanismo di piping. Programmazione nello Shell di Bourne: variabili, comandi di controllo. Sistemi distribuiti Architetture hardware. Architetture del software in un sistema distribuito. Sistemi operativi distribuiti e sistemi operativi di rete. Comunicazione: protocolli, livelli, interfaccie. Modello OSI. Protocolli TCP/IP e UDP/IP. Modalità di indirizzamento in Internet. Protocollo IP e protocolli di trasporto connection-oriented (TCP) e connection-less (UDP). Meccanismi di comunicazione in Unix 4.3 BSD. Meccanismo dei socket e loro integrazione con i protocolli Internet. Socket di tipo stream e datagram. Evoluzione dei sistemi distribuiti. Modalità d Esame: L esame consiste di due prove: una scritta e una orale. La prova scritta, alla quale ci si deve sempre presentare con uno statino valido, verterà sugli argomenti trattati nelle videocassette (e riepilogati precedentemente). Potrà comprendere sia domande di carattere teorico sia esercizi di programmazione in C per la generazione e la gestione di processi. Durante lo svolgimento dell elaborato non sarà 3

4 permessa la consultazione di testi, dispense, fotocopie o appunti; sarà altresì consentita la consultazione di manuali del linguaggio C. La prova orale potrà essere sostenuta solo in caso di superamento con esito positivo della prova scritta e verterà principalmente sulla discussione dello scritto e su alcune domande di carattere teorico. Per superare l esame è necessario che sia la prova scritta sia la prova orale siano sufficienti. 4

5 Sistemi Operativi Anno II semestre II Docente: Proff. Paolo Ancillotti (Università di Pisa) e Maurelio Boari (Università di Bologna) Lezioni: 40 ore (trasmesse in video). Esercitazioni:30 ore. Scopi: il corso intende fornire i concetti fondamentali dei sistemi operativi, descrivendone gli obiettivi, le principali funzioni svolte, le diverse modalità di organizzazione e le interazioni sia con l hardware che con l ambiente di programmazione, al fine di dare una corretta e precisa impostazione al loro studio a al loro uso. Contenuti: Concetti generali. Struttura di un sistema operativo. Processi e concorrenza. Funzioni principali: gestione dell unità di elaborazione, della memoria principale e secondaria, dei dispositivi di ingresso e uscita, protezione. Linguaggio di comandi. Sistemi Operativi MS-DOS e Unix. Prerequisiti: Fondamenti di Informatica I, Fondamenti di Informatica II, Calcolatori Elettronici I. 5