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SISTEMI OPERATIVI
Caratteristiche generali.
SO: è un programma, o meglio, un insieme di programmi e moduli di software, scritti allo scopo di rendere disponibili all’uso le risorse di calcolo e i dispositivi collegati al pc.
Device driver: corredo del software necessario per potere ampiare il SO e personalizzato a seconda della macchina su cui viene installato.
Plug and play: dispositivi che colloquiano con il SO in modo tale da farsi riconoscere e richiedere l’istallazione dei driver corretti.
Esistono 3 tipi di standard a cui tutti si devono collegare:
dominio di una azienda produttrice;
normative internazionali ISO.
in seguito a team di ricerca di differenti case produttrici che si mettono d’accordo.
Open system e sistema proprietario.
Organizzazione modulare
Politiche di gestione: regole scelte tra molte possibili per realizzare i meccanismi desiderati, è il codice di comportamento del sistema di elaborazione, stabilisce le priorità.
Moduli: insieme di programmi scritti per risolvere un problema.
Primitiva: ogni procedura standard per mezzo della quale si possono utilizzare i servizi di un modulo. L’unica maniera che ha un modulo per comunicare con un altro modulo è tramite le primitive.
Virtualizzano i dispositivi: è una funzione dei moduli che lavorano direttamente con l’hardware, ad esempio attivano una stampante o cambiano un carattere sullo schermo.
Operazione logica: è l’esigenza dell’utente di ottenere un risultato, come stampare un testo.
Operazione fisica: esecuzione di molte operazioni elementari dipendenti dal particolare elaboratore e dalla particolare stampanti ai quali l’operazione logica è stata richiesta.
Portabilità: l’attitudine di un sistema operativo a essere eseguito su macchine diverse.
basso: utilizzare gli stessi dati su macchine e programmi diversi.
medio: eseguire programmi su macchine diverse dopo averli ricompilati.
alto: stessi applicativi in formato eseguibile su macchine diverse.
Il grado di portabilità è maggiore tanto è minore il costo di modifica nelle macchine per farlo funzionare, nel caso del sistema operativo modulare il costo è ridotto.
Interoperabilità: possibilità di SO diversi che si scambiano dati o risorse comuni.
Sistemi monoprogrammati e multiprogrammati.
Monoprogrammato: sistema dove la memoria centrale contiene, in un dato istante, codice utente proveniente da un unico programma.
PC: program counter, è il registro contatore di programma che provvede a segnalare quale istruzione debba essere eseguita.
PSW: program status word, altri registri della CPU che contengono le diverse informazioni che consentono al processore di eseguire i suoi compiti relativamente all’attività in corso.
Chiamata di sistema: la richiesta di qualche routine del sistema operativo.
Area di stack: area della MC in cui vengono salvati i registri usati dal programma.
Tempoinattivo: inattività, è più lungo degli altri perchè il tempo che ci mettiamo noi a pigiare due tasti è infinitamente lungo rispetto ai tempi di elaborazione della CPU.
Temposistema: esecuzione di istruzione del SO.
Tempoutente: esecuzione di istruzioni dal programma utente.
Tempototale: la macchina non è disponibile per altri utenti, essendo impegnata nel programma in esecuzione.
Multiprogrammato: il tempoinattivo della CPU potrebbe eseguire istruzioni di altri programmi, esistono meccanismi che permettono di sospendere l’esecuzione di un programma utente per lanciare una routine. Oltre a queste considerazione serve:
quale istruzione far eseguire dopo quella attuale;
realizzare meccanismi di protezione dei dati, cosi non si mischiano.
risolvere conflitti tra due o piu programmi per una stessa risorsa.
Time sharing: è il modo in cui viene gestita una risorsa tramite un intervallo che ha un tempo massimo detto time slice. Se la CPU viene gestita in time slice, essa terminerà solo se: il programma utente termina, il programma utente richiede che vengano effettuate altre operazioni su altri dispositivi, scade il time slice. Trasformare un singolo dispositivo fisico in molti dispositivi virtuali, disponibili per un minor tempo.
Context switch: cambiamento di contesto, quando il sistema effettua un riassegnamento della CPU dopo un time slice, il tempo necessario per fare ciò si chiama tempo di riassegnamento.
Politiche di gestione: round robin, a rotazione, cioè il programma appena usato va in fondo alla fila e via discorrendo, priorità, in base alla priorità di alcuni programmi di essere eseguiti velocemente.
Classificazione sistemi operativi.
Sistema dedicato: prevedono l’utilizzo da parte di un utente alla volta, supportano il multitasking, hanno librerie a collegamento dinamico DDL e hanno la possibilità di far girare SW in background.
Sistemi batch: sono l’opposto di interattività, l’utente non interagisce durante l’esecuzione dei programmi, ma solo all’inizio, questo permette di cancellare il tempoutente e il tempo di attesa della CPU viene ridotto automaticamente. L’utente prepara il proprio job su dispositivi offline (nastri, perforatori di schede) e opportune periferiche (lettori) portano online il lavoro per eseguirlo. Si presentano ai giorni nostri come form o anche all’interno dei SO come piccoli programmi.
Sistemi interattivi multiutente: gli utenti devono essere serviti in tempo ragionevole, quindi ognuno ha un time slice. Se gli utenti sono molti il time slice deve essere breve, ma non troppo per essere piu lungo del tempo di riassegnamento. Due importanti parametri sono la velocità della CPU e lo spazio della MC.
System overload: le attività del SO impegnano troppo la CPU e la fottono.
Sistemi per la gestione delle reti: operano sull’architettura client/server il secondo serve a mettere a disposizione HW, file o applicativi, il primo utilizza le risorse condivise.
Sistemi transazionali: strutturati per gestire le operazioni di aggiornamento di archivi e basi di dati rilevanti in sicurezza. (bancomat, magazzini) Utilizzano il rollback per cancellare tutti i dati precedenti ad un errore.
Sistemi real time: sistema che risponde istantaneamente a certi stimoli, si distinguono in tempo reale in senso lato e in senso stretto.
I processi.
Processo: insieme di azioni che vengono eseguite in sequenza e dai dati che vengono elaborati nelle stesse azioni.
Processore: l’oggetto che causa l’evoluzione del processo.
Stati di un processo: Parcheggio: quando attende di essere caricato in memoria centrale; Pronto: quando attende che gli venga assegnata la CPU; Esecuzione: quando il processo è in evoluzione perchè gli è stata assegnatala CPU Attesa: quando richiede un’operazione di I/O su una periferica. Terminazione: quando i processo è stato completato e può essere tolto dalla memoria centrale.
Passaggi di stato: - da parcheggio a pronto, il processo viene caricato in MC e attende la CPU; - da pronto a esecuzione: la CPU viene assegnata al processo; - da esecuzione ad attesa: il processo richiede un’operazione di I/O e a esso viene tolta la CPU anche se il time slice non è scaduto; - da attesa a pronto: l’operazione di I/O è finita e il processo viene messo nella coda dei processi pronti per l’uso della CPU; - da esecuzione a terminazione: il processo è stato completato nella sue evoluzione.
Le interruzioni.
Asincrono: richiesta di I/O che avviene in tempo che dipendono da fattori esterni al sistema. (errori, fine di stampa, invio di dati)
Interrupt: verificazione di un evento asincrono, manda il segnale alla CPU tramite un’apposita linea elettrica e sospende il processo, il processo che si occupa di questa gestione è l’interrupt handler, che effettua il salvataggio del processo in esecuzione (PSW e PC) copiando questi file nello stack di sistema.
Interruzioni sincrone: quando dipende dalla macchina.
Macchine virtuali: è una macchina semplice che grazie ad operazioni fisiche ed un modulo che le interpreta costituisce una nuova macchina e risolve: - l’utilizzo delle risorse da parte dei moduli superiori, rendendo accessibili le capacità di una macchina a livello inferiore; - moltiplica il numero dei dispositivi disponibili.
Modello onion skin: H.M.Deitel nel 1983, successioni di strati costruiti sopra la macchina hardware, ogni strato rappresenta un livello di una macchina virtuale e interagiscono tramite le primitive.
Il nucleo.
Kernel: nucleo, la parte più vicina alla macchina e dipende dall’hardware, le sue funzioni fondamentali sono: - avvio e terminazione di processi; - assegnazione della CPU ai diversi processi; - sincronizzazione tra i processi; - sincronizzazione dei processi con l’ambiente esterno.
Politiche di scheduling: norme che regolano le assegnazioni tra le interruzioni e la gestione di risorse della CPU. Il tutto può essere gestito dalle priorità, il gestore di processi che è anch’esso un processo ha la priorità massima come l’interrup handler. Ad ogni modo la politica di gestione deve garantire che tutti i processi vengano, prima o poi, serviti.
Priorità: i processi con priorità alta vengono favori assegnando time slice più lunghi e scegliendoli più spesso all’interno delle code di priorità.
Preemption: prelazione, meccanismo che fa si che se un processo con priorità alta torna dopo un’interruzione passa davanti a quelli di priorità bassa.
Esecuzione parallela dei processi e concetto di thread.
Elaborazione parallela: processi o prati di essi che vengono eseguiti in parallelo, esempio del servizio clienti.
Thread: una sequenza di istruzioni in corso di esecuzione. Multithread.
Esecuzione concorrente e sincronizzazione dei processi.
Elaborazione concorrente: quando due o più processi in parallelo hanno bisogno delle stesse risorse o di altri processi per proseguire.
Sincronizzazione: garantire un accesso ordinato alle risorse e impedire situazioni di conflitto, come l’interferenza tra processi.
Semaforo: variabile all’interno della memoria di lavoro del SO, il cui valore può essere cotrollato e cambiato da un processo. A seconda del valore un processo ha o no la precedenza.
Misura delle prestazioni.
CPU: rapporto espresso in percentuale tra il tempo in cui la CPU opera e il tempo totale in cui il sistema funziona (tempoutente, temposistema..) CPU = (tempoutente + temposistema) * 100 / tempototale.
Throughput: produttività, valore generico che indica qualsiasi parametro che misura quanto lavoro si può svolgere in un’unità di tempo. Il valore deve essere sempre accompagnato dalla descrizione del carico con il quale viene valutato, l’hardware e il software.
Gestione della memoria.
Gestore della memoria: simula l’esistenza di più MC, ciascuna associata ad un processo virtuale generato dal nucleo mascherando la limitazione fisica della MC reale.
Partizioni fisse: è il metodo più semplice da realizzare perchè divide la MC in pezzi uguali, ma presenta dei limiti: - il numero massimo di processi che possono essere allocati è prefissato; - un blocco contente un processo molto breve risulta comunque occupato e lo spazio rimanente sprecato.
Partizioni variabili: mette i processi dove c’è spazio nella MC in modo dinamica, ma a discapito della partizione fissa genera un maggior carico di lavoro.
Overlay: sovrapposizione, a volte alcuni programmi non possono venire allocati nella MC perchè occuperebbero tutta la risorsa, allora si usa l’overlay, che mette solo una porzione nella MC e lascia il resto nella MM, caricando e scaricando le varie porzioni.
Swap: area della MM dedicata all’overlay. La MM diventa una MC virtuale.
Paginazione: è una delle due tecniche per la gestione della MC virtuale. Per ogni pagina occorre sapere: - se occupa una pagina fisica; - la pagina occupata; - la posizione sul disco della pagina logica; - altre informazioni, come il flag che indica se la pagina è stata modificata. Il vantaggio principale è che tutte le pagine hanno uguali dimensioni, lo svantaggio è si diminuisce l’efficenza data l’arbitrarietà delle divisioni del programma che aumenta i numero di chiamate tra pagine diverse.
Pagine logiche: blocchi di un programma di eguali dimensioni.
Pagine fisiche: blocchi della MC in uguali dimensioni a quelle sopra. La dimensione viene definita dall’architettura dell’elaboratore, ed è un potenza di 2 compresa tra 512Mb e 16MB.
Swap in e swap out.
Tabella di gestione: della paginazione per ogni pagina logica contiene: - un bit P che indica la presenza di occupazione di una pagina fisica, 1 si, 0 no; - un gruppo di bit IF che indicano l’indirizzo fisico della pagina utilizzata; - un gruppo di bit ID che indicano l’indirizzo sul disco (MM) della pagina; - un bit M che indica la modifica, 1 si, 0 no.
Segmentazione: gestione della MC virtuale e dei programmi in senso logico, ogni blocco è detto segmento, la ripartizione segue il criterio del minor numero possibile di chiamate tra segmenti diversi, ciò porta però un maggiore carico di lavoro nelle tabelle di gestione e una frammentazione della memoria, ma ha la possibilità di far condividere a più processi alcuni segmenti e la mancanza di vincoli sul numero di segmenti. Per ogni segmento occorre sapere: - se è presente in memoria; - qual è l’indirizzo dove inizia; - dove si trova nel disco; - le sue dimensioni.
Tabella di gestione: della segmentazione pero ogni segmento contiene: - un bit di presenza P; - l’indirizzo di impianto IDI del segmento; - la dimensione del segmento DS; - l’indirizzo del segmento su disco ID.
Le periferiche virtuali.
Device menagement: parte del SO che definisce i dispositivi virtuali secondo questi criteri: - mettere a disposizioni le periferiche nascondendo i reali meccanismi con cui colloquiano con il processo; - gestire gli errori o contrattempi. In questo modo l’utente non si deve preoccupare delle operazioni fisiche che vengono eseguite per farne una logica.
Spooling: consente a diversi processi l’uso contemporaneo della stessa periferica, esempio della stampante, coda di spool, FIFO, meccanismi di priorità.
File system: modulo del sistema operativo che si occupa dell’organizzazione fisica e logica dei file su una memoria di massa, le sue principali funzioni sono: - gestire in modo ottimale lo spazio nella MM; - garantire all’utente l’accesso ai dati contenuti in un file, in modo veloce; - fornire agli utenti meccanismi di protezione a più livelli; - rendere disponibili le operazioni comuni. Per riferirsi in maniera logica ai file il file system usa gli identificatori.
Directory: tabelle dei descrittori, contengono per ciascun file: - l’identificatore; - posizione; - data di creazione; - record contenuti; - dimensione del record; - modalità di accesso. Le directory sono diverse in base al blocco dove sono e sono sempre nella MM ma per velocità vengono caricate anche nella MC.
Root: directory di livello più elevato e allocata in posizione fissa e nota al sistema.
Pathname: C:/documenti/scuola , distinzione tra assoluto e relativo.
Interprete di comandi o shell: è un programma del SO che riceve in ingresso le richiestee di esecuzione di operazioni, espresse usando il linguaggio di comandi.
Processi attivati dal SO: avviene in ambienti dove è presente il multitasking, cioè la possibilita di aprire più processi che vengono eseguiti contemporaneamente e che possono a loro volta aprire altri processi.
IPL: caricatore di programma iniziale, carica il SO nella MC dalla MM.
Bootstrap: caricamento del SO nella MC.
Software di sistema: programmi di utilità, detto anche software di base.
Editor di testi, Compilatori, Linker, Interpreti, debugger.
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 Mr. Makaveli: legends never die.
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