Software e Sistemi Operativi Prof. Alberto Postiglione Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Scienze Aziendali - Management & Innovation Systems 5.2: Il Sistema Operativo Fondamenti di Informatica Dia 2 Curtin, Foley, Sen, Morin "Informatica di Base", V edizione Mc Graw Hill, 2012 IL SISTEMA OPERATIVO Introduzione: le funzioni principali, il ruolo del BIOS, l interprete dei comandi: Cap. 5.4 (1 parte) Le interfacce utente: Cap. 5.2 Gestione dei processi e altre funzioni: Cap. 5.4 (2 parte) La gestione dei Files: Cap. 19.1 Le Utilità: Cap. 19.2 Fondamenti di Informatica Dia 3 Il Sistema Operativo: le funzioni principali È 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 750.000 pagine (750 volumi da 500 pagine) Senza Sistema Operativo non sarebbe possibile utilizzare i moderni computer (se non in casi speciali) Un SO esegue i seguenti compiti: 1. Gestione dell'interfaccia utente e Interprete dei comandi 2. Gestore dei processi 3. Gestore della memoria centrale 4. Gestore delle periferiche di I/O 5. Gestore del File system 1
Fondamenti di Informatica Dia 4 Il ruolo del BIOS Per lo svolgimento di tali operazioni, il S.O. interagisce con il BIOS. Il BIOS permette di collegare software e hardware. In particolare, Il SO intercetta ogni richiesta di uso di una periferica e la trasmette al BIOS Ad es.: stampa di un documento da Word Il comando di stampa viene passato dal programma al SO Dal SO esso passa al BIOS Il BIOS, consultando anche la CMOS (che contiene le informazioni ultime su ogni periferica), si collega alla stampante, e trasforma la richiesta di stampa in una serie di comandi comprensibili alla stampante Fondamenti di Informatica Dia 5 1 L'interprete dei comandi Gestisce l interazione tra utente e computer. Ogni operazione dell utente è intercettata dal S.O: direttamente l utente esplicitamente chiede di effettuare un'operazione (es: cancellare un documento, ) indirettamente l utente chiede di effettuare un'operazione tramite programmi applicativi (es: stampa in word, ) Il S.O. manda in esecuzione tale operazione coordinando opportunamente hardware e software coinvolto: Un Sistema Operativo può avere differenti interfacce Fondamenti di Informatica Dia 6 Le interfacce Grafiche Utente (GUI) Primi anni 80 comparvero le prime interfacce Grafiche (sviluppate da Xerox e Apple) GUI (Graphic User Interface, Interfaccia Grafica Utente) basate sulla Metafora della Scrivania Il video è una specie di scrivania (virtuale), il Desktop L'utente comunica con il PC tramite mouse, e icone, finestre menu a discesa che semplificano la scelta dei comandi. Le GUI utilizzano la tecnologia WYSIWYG (What you see is what you get). I documenti cioè vengono visualizzati così come appariranno 2
Fondamenti di Informatica Dia 7 Le interfacce Grafiche Utente (GUI) I programmi hanno aspetto e linguaggio comuni I comandi hanno la stessa interfaccia in tutti i sw Ogni oggetto viene eseguito in una finestra È possibile passare facilmente da un documento a un altro e da un applicazione ad un altra. Infatti Ogni applicazione è contenuta in una finestra. Ogni documento aperto è in una sua finestra. Sul desktop ci possono essere più finestre aperte più programmi eseguiti contemporaneamente una sola è attiva L input è inviato al programma di quella finestra Fondamenti di Informatica Dia 8 2 - Gestione dei Processi Un programma in esecuzione è anche detto processo Programma = lista di istruzioni = nozione statica Processo=programma in esecuzione=nozione dinamica Diverse tecniche di gestione dei processi: Monoprogrammazione e monoutenza Multiprogrammazione e monoutenza (o Multitasking) Multielaborazione e multiutenza Elaborazione parallela (sistemi multiprocessori) Fondamenti di Informatica Dia 9 Single User e Single Task Monoutenza e Monoprogrammazione Modalità operativa dei personal computer fino a qualche anno fa (sistema MS-DOS): permette l accesso al computer ad un utente per volta, il quale può mandare in esecuzione un programma alla volta. È il modo più semplice per gestire un elaboratore 3
Fondamenti di Informatica Dia 10 Monoutenza e Multiprogrammazione Single User e Multi Task (multiprogrammazione) permette l accesso al computer ad un utente per volta, Il quale può mandare in esecuzione più programmi. il S.O deve gestire l uso contemporaneo delle stesse risorse. Ad esempio deve assegnare ad ogni processo: la RAM, senza che si creino conflitti tra i vari processi. La/le CPU, tenendo presente che, in ogni dato momento, un solo processo può utilizzare una singola CPU. Generalmente, la strategia utilizzata è del tipo time-sharing, cioè il S.O. assegna a turno la CPU a tutti i processi, un po' per uno. Le periferiche di I/O richieste (es una stampante) Fondamenti di Informatica Dia 11 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 timesharing (il processore esegue le varie operazioni un po alla volta, passando dall una all altra). Fondamenti di Informatica Dia 12 Multiutenza e Multiprogrammazione Multi User e Multi Task permette l accesso al computer a più utenti per volta, Ognuno dei quali può eseguire più programmi. Un S.O. multiutente deve possedere meccanismi per identificare e per contabilizzare 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 a certi utenti si può restringere l accesso ad alcune risorse (stampante o collegamento internet) Ogni utente dispone di un ambiente personalizzato 4
Fondamenti di Informatica Dia 13 Il S.O. deve Altre Funzioni del S.O. assegnare la RAM ai processi che la richiedono in modo che non interferiscano tra loro Grazie al gestore della memoria ogni processo ha l'illusione di possedere per intero la memoria Un servizio offerto dalla gestione della memoria è la memoria virtuale che abbiamo già incontrato gestire le periferiche di I/O occupandosi anche della sincronizzazione tra le periferiche e la CPU Una caratteristica comune a tutti i dispositivi è quella di operare in modo asincrono rispetto al processore (es la tastiera) Software e Sistemi Operativi Prof. Alberto Postiglione Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Scienze Aziendali - Management & Innovation Systems La Gestione dei Files Fondamenti di Informatica Dia 15 5 Gestione dei Files (file system) Dati e programmi sono memorizzati sul disco fisso all interno di contenitori logici detti files. Un file è una contenitore di informazioni identificato da un nome (filename) e memorizzato in una delle memorie di massa Tra i compiti più importanti del sistema operativo vi è la gestione dei files (file system management) che si occupa di gestire i documenti presenti nelle memorie di massa 5
Fondamenti di Informatica Dia 16 I nomi dei Files In quasi tutti i sistemi operativi un filename è costituito da due parti: il nome vero e proprio e l estensione, separata dal nome da un punto. Il nome è scelto dall utente. L estensione rappresenta il tipo di dato che il file contiene solitamente indica il programma con cui è stato creato il file (.doc o.docx per i documenti Word,.exe per i file eseguibili,.jpg, gif, "bmp" per le immagini, ecc.) In base all estensione di un file, il Sistema Operativo sa quale applicazione deve aprire per la sua gestione... Fondamenti di Informatica Dia 17 Cartelle o Directory Per rendere più agevole il ritrovamento dei files, il disco è diviso in cartelle (chiamate directory) Una directory è un contenitore logico che, a sua volta, può contenere altre cartelle o semplici files Una directory ha un nome La maggior parte dei sistemi operativi adotta un file system gerarchico: le cartelle sono strutturate ad albero; la radice è detta directory principale o ROOT Il file system può gestire file memorizzati in più memorie di massa (hard disk, DVD, ) Ad ogni memoria di massa è associata una lettera identificativa e/o un nome (C:System oppure E:Dati) Fondamenti di Informatica Dia 18 Pathname (o percorso) Ogni file si trova in una sola directory, la quale, a sua volta, si può trovare in un altra directory (e così via) All interno della stessa directory non possono esistere più file con lo stesso filename (nome+estensione) Il percorso per arrivare dalla ROOT al file si chiama pathname La directory principale si chiama \ (ROOT Radice) Nel pathname le directory sono separate dal carattere \ 6
Software e Sistemi Operativi Prof. Alberto Postiglione Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Scienze Aziendali - Management & Innovation Systems Le Utilità Fondamenti di Informatica Dia 20 Partizionamento Partizionamento Suddivisione di un disco in due o più sottodischi, ognuno delle quali può essere gestito da un differente sistema operativo Un disco partizionato in k parti viene visto come se fosse un insieme di k dischi differenti Fondamenti di Informatica Dia 21 Formattazione La Formattazione Logica è l'operazione con cui si rende idoneo all'archiviazione dei dati, in uno specifico S.O., un Hard Disk o una sua partizione. La Formattazione crea sul disco la struttura del file system e, in particolare, crea la Master File Table La MFT è una tabella di Database che contiene l'elenco di tutti i files memorizzati su disco. Ogni record della MFT corrisponde ad un file e le informazioni memorizzate sono: nome, dimensioni, data/ora di creazione, settori dove risiede il file, Agisce come "punto di partenza" e funziona come una sorta di "tavola dei contenuti" per il volume. La Formattazione può essere fatta dall utente 7
Fondamenti di Informatica Dia 22 Formattazione La Formattazione si limita a "svuotare" la MFT. Fisicamente, i files restano memorizzati sul disco, Viene solo eliminato il riferimento a tali contenuti dalla MFT, in quanto la MFT viene svuotata di tutti i records. Per cui, fino a che i settori dove esso era memorizzato non vengono riutilizzati da nuovi files è possibile recuperare il contenuto dei files precedenti alla formattazione, per mezzo di appositi programmi Allo stesso modo, quando si "elimina" un file, il record corrispondente al file è solo eliminato logicamente dalla MFT Fondamenti di Informatica Dia 23 La Deframmentazione di un Disco Il Sistema Operativo memorizza un file scomponendolo in parti della stessa dimensione (cluster), pari alla dimensione del settore su disco Il Sistema Operativo cerca di memorizzare tutti i cluster di un file su settori contigui, per minimizzare gli spostamenti della testina del disco. Quando il file viene cancellato, i suoi cluster tornano a disposizione e possono essere occupati da un nuovo file. Con il passare del tempo e il susseguirsi di operazioni di memorizzazione e di cancellazione di files, sul disco si formeranno "buchi" vuoti sempre più piccoli. Fondamenti di Informatica Dia 24 La Deframmentazione di un Disco Quando non c'è sufficiente spazio contiguo il file viene memorizzato non più contiguamente, ma i suoi cluster vengono sistemati dove c è posto. In questo caso si dice che il file è "frammentato" Quando un file è frammentato, il sistema impiega molto tempo ad aprirlo (cioè copiarlo in RAM) la testina di lettura deve spostarsi molte volte sul disco per mettere assieme le varie parti del file Deframmentazione: spostamento dei clusters di un file fino a renderli contigui 8
Fondamenti di Informatica Dia 25 L eliminazione dei files e il cestino Esistono tre livelli di cancellazione di un file: Cancellazione temporanea (il file viene "spostato" nel cestino, ma è facilmente ripristinabile) Dopo un certo numero di giorni, in caso di riempimento del cestino, o in seguito ad un operazione esplicita, il cestino viene svuotato, e quindi il file viene cancellato "logicamente" Cancellazione logica (il file viene eliminato dalla MFT) lo spazio occupato dal file cancellato non viene liberato immediatamente, ma viene marcato come libero Cancellazione fisica (tutto i bits del file vengono sostituiti con il bit 0) Fondamenti di Informatica Dia 26 Sistemi Operativi (Tutti) Fonte: Stat Counter (agg. set. 16) (http://gs.statcounter.com) Microsoft Ita: 55,1% EU: 53,54% WW: 43,26% ITALIA MONDO EUROPA Fondamenti di Informatica Dia 27 Fonte: Stat Counter (agg. set. 16) (http://gs.statcounter.com) Microsoft Ita: 81,7% EU: 82,3% WW: 83,1% Sistemi Operativi per Desktop 9
Fondamenti di Informatica Dia 28 Sistemi Operativi per Mobile e Tablet Fonte: Stat Counter (agg. set. 16) (http://gs.statcounter.com) 10