So1ware: di sistema e applica.vo Il Sistema Opera.vo Di sistema: controlla il comportamento del sistema stesso il più importante dei so2ware di sistema è il sistema opera5vo: controlla le risorse del sistema fornisce la base su cui costruire tu: gli altri programmi Applica.vo: risolve i problemi dell utente, appoggiandosi sullo strato fornito dal sistema opera5vo 2 Il sistema opera.vo Con il termine sistema opera+vo si intende l insieme di programmi e librerie che opera direaamente sulla macchina fisica mascherandone le caraaeris5che specifiche e fornendo agli uten5 un insieme di funzionalità di alto livello Esempi di Sistemi Opera.vi MS DOS MS Windows (95, 98, 2000, XP, Vista, 7) Unix Commerciali: Sun Solaris, IBM AIX, HP UX, Linux BSD Mac OS Mac OS X Altri (IBM AS/400, Symbian, ) 3 4 Archite:ura di un S.O. (1/2) Un moderno S.O. è organizzato secondo una architeaura a stra+ (a cipolla) Ogni strato implementa una macchina più potente del precedente Appoggiandosi alle funzionalità offerte dallo strato precedente Tale approccio permeae una chiara separazione tra interfaccia e implementazione delle diverse funzionalità Ogni strato è cos5tuito da un insieme di programmi e librerie I meccanismi di chiamate tra livelli possono essere diversi chiamate a soaoprogrammi interruzioni sincrone o asincrone invio di messaggi a processi Archite:ura di un S.O. (2/2) Interfacce utente Interprete dei comandi Gestori di risorse (kernel) Programmi utente Gestore del file system Gestore delle Gestore della memoria Gestore dei processi (nucleo) Macchina fisica grafica 5 6 1
Il Nucleo (KERNEL) (1/2) Si appoggia direaamente sulla macchina fisica Il Nucleo (KERNEL) (1/2) La macchina realizzata dal nucleo EffeAua la ges5one dei processi In un sistema mul5tasking realizza una macchina in cui ad ogni processo è assegnata un processore Comprende i principali programmi di risposta ad interruzione Realizza le primi5ve di sincronizzazione e scambio messaggi tra processi Disco centrale delle 7 8 Il gestore della memoria (1/2) Realizza le funzionalità di allocazione della memoria Supera i limi5 della memoria fisica e mostra ai processi uno spazio di memoria Par5ziona la memoria tra i vari processi che la richiedono Garantendo la protezione delle diverse zone di memoria Il gestore della memoria (2/2) La macchina realizzata dal gestore della memoria Disco delle 9 10 Il gestore delle (1/2) Maschera le caraaeris5che fisiche delle Il gestore delle (2/2) La macchina realizzata dal gestore delle Fornisce agli stra5 superiori un insieme di procedure di alto livello per l accesso alle diverse Offre ad ogni processo la visibilità di un insieme di dedicate Bus Bus Ges5sce, almeno in parte, i malfunzionamen5 delle Disco 11 12 2
Il gestore del file system (1/7) E responsabile della ges5one delle di massa Hard disk CD / DVD Memory s5ck USB Fornisce agli stra5 superiori un insieme di procedure per l accesso al file system Garan5sce la protezione nell accesso ai file Il gestore del file system (2/7) Le funzioni di base che sono supportate da un file system sono Il recupero di da5 precedentemente memorizza5 L eliminazione di da5 obsole5 La modifica/aggiornamento di da5 preesisten5 La copia di da5 Tra suppor5 di memorizzazione diversi (es. da HD a CD) In cartelle diverse nello stesso supporto 13 14 Il gestore del file system (3/7) I da5 contenu5 nella memoria di massa vengono struaura5 e ges55 mediante una organizzazione in file Un file è un contenitore logico iden5ficato da un nome (filename) I filename generalmente sono compos5 da due par5 ad es. curriculum_vitae.doc Il filename vero e proprio (curriculum_vitae) L estensione (doc) Il gestore del file system (4/7) L estensione è spesso associata al programma che ha generato il file e individua pertanto la 5pologia del contenuto del file.exe file eseguibili.txt file di testo.doc documen5 di testo (MS Word).wav file audio.bmp immagine in formato bitmap Ad ogni file sono poi associa5 dal sistema opera5vo altri da5 Data di creazione / modifica Lunghezza del file (in byte) Uten5/Gruppi che possono accedere ai file 15 16 Il gestore del file system (5/7) Il gestore del file system (6/7) I file vengono suddivisi in più contenitori logici, chiama5 directory, cataloghi o cartelle (folders) Le cartelle sono organizzate secondo una struaura ad albero Il file system con5ene una directory deaa radice (ROOT) dell albero che può contenere file o altre cartelle Ciascun file è individuato univocamente dal suo nome completo o percorso assoluto Ad es. D:\downloads\temp\002.part Due file con lo stesso nome in due cartelle dis5nte, ad esempio D:\Immagini\Compleanno\foto1.jpg D:\Documen5\foto1.jpg fanno riferimento a due file che in generale possono essere DIVERSI D: Documen5 Downloads Incoming Temp 17 18 3
Il gestore del file system (7/7) La macchina realizzata dal gestore del file system Bus File File Bus File File L interprete dei comandi e l interfaccia grafica Cos5tuiscono l interfaccia verso l utente Consentono l interazione dell utente con il s.o. e con i programmi applica5vi in esecuzione PermeAono di accedere ai programmi conserva5 su memoria di massa e mandarli in esecuzione allocando la memoria necessaria creando il processo rela5vo Nel caso di un sistema mul5utente forniscono ai diversi uten5 la visione di una macchina dedicata 19 20 Classificazione dei moderni S.O. Sistemi monotask: PermeAono l esecuzione di un solo programma utente per volta (es. DOS) Il computer a disposizione del programma dall inizio alla fine della sua esecuzione Coda dei job, ges5ta FIFO (first in, first out) e/o con priorità Sistemi mul5task PermeAono l esecuzione di più programmi utente contemporaneamente Classificazione ulteriore: Mul5tasking coopera5vo (Windows 3.1, MacOS originario) Mul5tasking preemp5ve (Windows 95/98/NT, Unix) Time sharing o meno Svantaggi dei sistemi mono tasking Nessuna interazione utente programma durante l esecuzione di qualche compito Lentezza: la CPU non può essere usata da nessun processo mentre il programma in esecuzione svolge operazioni di I/O (molto piu lente di leaure/scriaure in ) Esempio: DOS è un SO monotasking; non si può fare niente altro mentre si formaaa un floppy o si memorizzano da5 su disco 21 22 Mul.tasking (.me sharing) Ripar5zione del tempo di CPU tra tu: i processi che la vogliono Ogni job rimane in esecuzione solo per un quanto di tempo, poi l esecuzione passa al prossimo job e il primo va in aaesa Esecuzione globale più veloce Durata del quanto di tempo tra 100 e 200 millisecondi Granularità molto fine A ogni utente sembra di avere la CPU tuaa per lui, solo più lenta Inizio esecuzione Sta. di un processo Processi pron. Selezione primo processo pronto e sua esecuzione Termine quanto di tempo Processo in esecuzione Completamento operazione di I/O (evento esterno aaeso) Processo in a:esa Richiesta operazione di I/O 23 24 4
A:esa Se il processo richiede operazioni ad altri disposi5vi (es. Operazioni di I/O), la CPU rimarrebbe inu5lizzata lo scheduler meae il processo in stato di aaesa, il dispatcher sceglie un nuovo processo tra i pron5 dalla tabella, quando l operazione sarà finita, lo scheduler dichiarerà di nuovo pronto il processo PermeAe un u5lizzo molto più efficiente delle risorse di elaborazione Esempio: durante la digitazione di un documento di testo, l utente compie molte pause per rifleaere sul contenuto che sta scrivendo questo tempo è usato dal sistema per compiere altre operazioni in contemporanea (ad es. ges5re la ricezione di e mail) Bootstrap (1/2) Come avviene l avvio del SO? All inizio, la CPU ha un indirizzo fissato nel registro contatore di programma, che punta all indirizzo nella ROM (Read Only Memory) ove inizia il programma di bootstrap che è sempre memorizzato lì L esecuzione del programma di bootsrap trasferisce il kernel del Sistema Opera5vo da una parte prestabilita della memoria di massa (hard disk, floppy disk, CD Rom, ) in memoria principale Quindi l esecuzione prosegue con un salto all area di memoria principale contenente il Sistema Opera5vo (che quindi viene mandato in esecuzione) Tra le prime operazione del kernel del Sistema Opera5vo vi sono 5picamente quelle di caricamento di altri componen5 so2ware: driver delle installate programmi di sistema lancia5 automa5camente all avvio 25 26 Bootstrap (2/2) MS DOS Sviluppato dalla Microso2 nel 1981 per il PC IBM AdoAato da altri con PC IBM compa5bili Molto limitato: mono utente, mono tasking Circa 50 comandi per il SO: DIR per vedere il contenuto di una directory COPY per copiare file DEL per cancellare un file REN per cambiare il nome a un file CD per muoversi in un altra directory MD per creare nuove directory RD per cancellare directory Nome file: per eseguire il file (se eseguibile) 27 28 Cultura tecnologica del progeao MS Windows Elemen. principali grafica Mouse che sposta un cursore Cut & paste (copia e incolla) Drag & drop (trascina e lascia) Icone associate a file, directory, dischi, Directory come cartelle Pulsan5 Finestre: cornici con strumen5 Menu di comandi 29 UNIX Sistema Opera5vo: mul5 utente, mul5 tasking, con 5me sharing Nato negli anni 60 con un progeao congiunto AT&T e MIT Concepito per poter funzionare su diverse piaaaforme hardware con adaaamen5 limita5 Interprete dei comandi: shell testuale più di 300 comandi, con opzioni Disponibilità di interfaccia grafica (finestre, mouse, etc.) messa a disposizione da un insieme di moduli separa5 (sistema X Window) 30 5
LINUX Linux è una delle molte varian5 di Unix con la peculiarità di essere open source (= il cui codice sorgente è liberamente disponibile) La sua nascita è dovuta in parte alle restrizioni imposte da AT&T all uso di del codice sorgente di UNIX per la dida:ca: hanno indoao Andy Tanenbaum allo sviluppo di MINIX, un implementazione di UNIX per scopi dida:ci MINIX ha ispirato Linus Torvalds a realizzare una propria implementazione del kernel UNIX Il kernel sviluppato da Linus è stato combinato con una suite di programmi UNIX, sviluppa5 nell ambito del progeao GNU (inizia5va che ha originato il movimento open source), per formare la prima distribuzione di Linux e renderla disponibile su Internet come so2ware open source Oggi esistono innumerevoli distribuzioni di Linux, dis5nte per diverse combinazioni di kernel, interfacce grafiche (le più note sono Gnome e KDE) e programmi di u5lità. Linux Gnome KDE 31 32 BSD BSD è un altra versione open source del sistema opera5vo Unix, in questo caso nata alla University of California, Berkeley (USA) Ritenuto più stabile di Linux (anche grazie ad un gruppo di sviluppo più ristreao, quindi più controllabile) ma il numero di applicazioni disponibili è più ristreao (principalmente applicazioni per i server) Oggi esistono 4 distribuzioni principali di BSD: 3 distribuzioni free: FreeBSD, OpenBSD, NetBSD 1 distribuzione a pagamento, all interno del Sistema Opera5vo Apple MAC OS X 33 MAC OS X è l ul5ma generazione di S.O. per i personal computer prodo: da Apple Abbandonato il precedente sistema opera5vo Apple ha costruito la nuova generazione del proprio S.O. a par5re da una variante di BSD, chiamata Darwin, che rimane open source A questo nucleo, Apple ha aggiunto componen5 proprietari, dall interfaccia grafica (Aqua) ad una suite di applicazioni e u5li5es. MAC OS X 34 GUI Kernel, gestori di risorse e servizi di base Archite3ura MAC OS X Applicazioni 6