1.5b - Il Sistema Operativodsc.unisa.it/alberto/alberto/07-08/lucidi/2 dia/1.5b - il sistema... · Modulo 1: Le I.C.T. -Il Sistema Operativo Il Sistema Operativo E’ in assoluto

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Prof. Alberto Postiglione

Dipartimento di Scienze della Comunicazione

Corso di “Informatica Generale” (AA 07-08)

Corso di Laurea in “Scienze della Comunicazione”

Università degli Studi di Salerno

Modulo 1: Le I.C.T.

UD 1.5b: Il Sistema Operativo

INTRODUZIONE AI SISTEMI OPERATIVI

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# 3UD 1.5b Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno

Modificata il 22/11/2007

Modulo 1: Le I.C.T. - Il Sistema Operativo

Il Sistema Operativo

E’ in assoluto il prodotto più complesso mai progettato e realizzato dagli uomini.

Windows XP conta 40 Milioni di linee di codiceStampate su fogli A4, con interlinea singola, occuperebbero 750.000 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 esegueDetermina dove e come memorizzare dati e programmi sui dischi.Permette l’interazione tra programmi, utenti e hardware

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Le funzioni principali del sistema operativo

Gestisce le risorse hardware del sistema di elaborazioneControlla, ottimizza l’uso e coordina la comunicazione tra le varie risorsehardware del computer, sia principali (processore e RAM) che periferiche (memorie di massa, schermo, stampanti, tastiera, ecc.).

Gestisce le risorse software del sistema di elaborazionePilota e controlla l’esecuzione degli altri programmiAssegna 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 chel’utente svolge sul computer viene intercettata dal S.O.

direttamente quando l’utente con dei comandi esegue certe operazioni predefiniteindirettamente quando si serve di programmi applicativi per svolgere operazioni più complesse

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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)

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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 SODal Sistema Operativo esso passa poi al BIOSIl BIOS, infine, si collega alla stampante, dopo aver trasformato la richiesta di stampa in una serie di comandi comprensibili alla stampante

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Funzionalità di un SO

Per svolgere le sue funzioni, un SO deve essere in grado di eseguire i seguenti compiti:

Interprete dei comandiGestore dei processiGestore della memoria centraleGestore delle periferiche di I/OGestore del File system

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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

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La Gestione dei Processi

I programmi in esecuzione vengono chiamati processiProgramma = lista di istruzioni = nozione staticaProcesso = 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 CPUInoltre deve reagire agli eventi esterni (le interruzioni provenienti dalle periferiche)

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La Gestione dei Processi

Diverse tecniche di gestione dei processi:Monoprogrammazione e monoutenzaMultiprogrammazione e monoutenza (o Multitasking)Multielaborazione e multiutenzaElaborazione parallela (con hardware apposito)

La scelta dipende anche dal tipo di calcolatore e dalle sue caratteristiche hw

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Monoutenza e Monoprogrammazione

Single User e Single TaskModalità operativa dei personal computer fino a qualcheanno 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 elaboratoreil S.O. gestisce in modo sequenziale i diversi programmi, uno per voltapoca efficienza dell'hw a causa della diversa velocità tra CPU e periferiche

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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.Odeve essere in grado di gestire l’uso contemporaneo dellestesse risorse (ad esempio la RAM) da parte delle applicazionicontemporaneamente attive, senza che si creino “conflitti”.In particolare, poiché il processore è unico e quindi puòsoddisfare una sola richiesta per volta, deve assegnare la CPU al singolo processo, tenendo fermi tutti gli altri processi “attivi”, che restano in attesa di poter utilizzare, a loro volta, la CPU.

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Monoutenza e Multiprogrammazione

Un processo perde l’uso della CPU (Deallocazione) se:C’è 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 processoaccede alla CPU per un breve intervallo di tempo (ad esempio 10 ms), terminato il quale la CPU viene staccata dal processo e vieneagganciata al processo successivo, e poi al successivo, ecc., fino a tornare al primo e così via (tecnica del time-sharing o condivisione di tempo)

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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 un po’ alla volta, passando dall’una all’altra).

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Multiutenza e Multiprogrammazione

Multi User e Multi TaskE’ 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 questogeneralmente la si trova nei sistemi più sofisticati e sumacchine di una certa potenza.

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Sicurezza e protezione nei 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 passwordAd ogni utente può essere attribuito un costo per le risorse da lui usateSi può restringere a certi utenti l’accesso al file system e alle risorse L’utente può avere un proprio ambiente personalizzato

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Elaborazione Parallela

Più CPU o più elaboratori cooperano nell'esecuzione dei programmiProblematiche molto complesseRichiedono speciali architetture dei sistemi di elaborazioneSono lo stato dell'arte della tecnologia correnteLa CPU può essere caratterizzata da diversi livelli di parallelismo:

parallelismo di parolaparallelismo spazialeparallelismo di istruzione

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Elaborazione Parallela

Le principali modalità di elaborazione parallela sono:SIMD (Single Instruction Multiple Data)

Ogni CPU esegue le stesse operazioni su dati diversiCPU semplici, in numero elevatoEs.: elaborazione di immagini, di suoni, simulazioni a grana fine

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)Ogni CPU esegue operazioni diverse su dati diversiCPU anche complesse, in numero ristrettoEs.: elaborazione di grosse quantità di dati, come le immagini a grana grossa

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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

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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

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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 disposizioneAllo stesso modo, il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in output avrà terminato di produrre i dati in uscita

Sono pertanto necessarie delle forme di sincronizzazione tra i dispositivi e il processore

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Un dispositivo di input deve avvertire il processorequando un dato di input è disponibile

Un dispositivo di output deve avvertire il processorequando ha terminato di produrre dati in uscita o quando èpronto per ricevere dati dal processore

I dispositivi di Input/Output inviano al processore un segnale, detto interrupt, per richiedere l'attenzione del processore stesso

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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

LA GESTIONE DEI FILE (FILE SYSTEM)

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Il 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

organizzandoli logicamente permettendo di operare su di essi

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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, paragonabili al nome e al cognome di una persona.

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”per i documenti Word, “.exe” o “.bat” per i file eseguibili, “.jpg” o “gif”per le immagini, ecc.).

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I nomi dei Files

In base all’estensione di un file, il Sistema Operativo è in grado di apre l’applicazione permettendoci di cliccare direttamente sul nome del file.

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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 può contenere a sua volta altre cartelle o semplici files

Una directory ha un nome che la contraddistingue dalle altre directory

Lo scopo principale delle directory è di organizzare i file presenti nel dispositivo di memorizzazione

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File System Gerarchico

La maggior parte dei sistemi operativi adotta un file system gerarchico: le cartelle sono strutturate ad albero, la cui radice è detta directory principale o ROOT

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File System Gerarchico

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Unità

Il file system può gestire file memorizzati in piùmemorie di massa (floppy disk, hard disk, CD-Rom, unità di rete, ecc.)

Ad ogni memoria di massa èassociata una lettera identificativa e/o un nome

A: è il floppy diskC: è l’hard diskD: è il CD-Rom

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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 nome (nome+estensione)

Il percorso per arrivare dalla ROOT al file in questione si chiama pathname

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Pathname (o percorso)

La directory principale si chiama \ (o ROOT – Radice)

Nel percorso le directory sono separate dal carattere \

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Programmi di gestione dei files

Esplora RisorseVisualizza cartelle e files nelle varie unità secondo una struttura ad albero.

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Programmi di gestione dei files

Motore di ricercaEsistono versioni dei motori di ricerca che vengono applicati alla gestione dei files interni al proprio sistema. L’utente si muove come se navigasse in Internet

LE CATEGORIE DEI SISTEMI OPERATIVI

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Sistema Operativo e Hardware

Tutti gli elaboratori sono dotati di Sistema Operativo.Un Sistema Operativo è legato alla complessitàdell’hardware (un SO di un mainframe è diverso da quello di un portatile)

Monoprogrammazione-Multiprogrammazione-Multiutenzasono 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”.

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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 il 90% dei PCWindows 95/98, sistemi operativi per PC, di vecchia generazioneWindows NT, sistema operativo per PC , di vecchia generazione e utilizzato come server di reteWindows 2000/XP, sistemi operativi per PC ancora molto diffusiWindows Vista, il sistema operativo di ultima generazione

MacOS X, della Apple è installato su circa il 9% dei PC

Linux/Unix è installato sul restante 1% dei Computer.

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Sistemi Operativi per Server

Server: Computer che gestisce reti di altri computer.Sistemi Operativi potenti, sicuri e affidabili.Sono Multiuser, Multitasking, MultithreadingEsempi:

Windows ServerIBM OS/2 (non più utilizzato)Unix

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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 gratuitoè modificabile da qualsiasi programmatore, essendo distribuito assieme al codice sorgentePresente in molte versioni, a volte non compatibili tra di loro (dato che ognuno può “modificarlo”)

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Sistemi Operativi Proprietari (Mainframe)

Un SO “Proprietario” funziona su un solo tipo di computer. Sviluppati da grandi case per mainframe e minicomputer

IBM sviluppò il SO OpenMVSDigital 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 codiceCosti elevatissimiDifficoltà di “portabilità” del software e, spesso, anche dei dati.

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Altri Sistemi Operativi

per tascabili e palmari, che utilizzano un touch-screen e una tastiera virtuale:

Windows CEWindows Mobile 2003Palm OS

Sistemi Operativi Embedded sono invece incorporati in piccoli dispositivi e sono codificati su un chip di memoria ROM, invece che su Hard Disk.

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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.

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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

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LE UTILITA’ DI UN SISTEMA OPERATIVO

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La Formattazione di un Disco

Predisposizione del disco all’uso da parte di un Sistema OperativoCreazione di una tabella, (detta File File AllocationAllocation TableTable, FAT, oppure Master File Master File TableTable,, MFT, nei sistemi piùmoderni) con le informazioni principali sui files, sulla loro disposizione su disco e sui settori vuoti

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La Deframmentazione di un Disco

Il Sistema Operativo memorizza un file scomponendoloin parti della stessa dimensione (dette cluster), pari generalmente alla dimensione del settore su disco

Quando il disco è vuoto i cluster di un file vengonomemorizzati in settori contigui

Quando il disco comincia a riempirsi i vari cluster di un file (soprattutto se esso è molto grande) vengono memorizzati dove c’è posto, spesso in settori molto distanti l’uno dall’altro.

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Quando un file è frammentato, il sistema impiega molto tempo ad “aprirlo” (cioè a copiarlo in RAM per permettere l’utilizzo)

la testina di lettura deve spostarsi molte volte sul disco per “raccogliere” e serializzare le varie parti di un file

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Deframmentazione: spostamento dei cluster di un file finchè tutti i frammenti sono su zone contigue del disco

es. Dati i file A (4 cluster), B (3 cl.) e C (6 cl.)… C3 C4 A1 A2 B3 A4 C6 C1 B1 A3 B2 C5 C2 …… A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 C1 C2 C3 C4 C5 C6 …

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Lo Scanning di un Disco

Durante l’uso possono danneggiarsi parti di un supporto e diventare quindi inutilizzabili, rendendo di fatto inutilizzabile tutto il file che comprende queste parti.

Per limitare i danni è possibile effettuare, a livello preventivo, una scansione del disco, in modo da accantonare i settori guasti, ma non ancora “allocati” ad alcun file.

Scanning: programma che individua difetti o danneggiamenti della superficie del disco, problemi di allocazione dei files o problemi nella Tabella di allocazione

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L’eliminazione dei files e il cestino

Cancellare un file significa eliminarlo dal file system

La cancellazione avviene a livello logico: lo spazio occupato dal file cancellato non viene liberato immediatamente, ma viene marcato come liberoUn file “cancellato” viene semplicemente spostato in una cartella speciale, il CESTINO, in modo da poterlo recuperare, se necessario.

Dopo un certo numero di giorni, oppure in caso di riempimento del cestino, o in seguito ad un’operazione esplicita, il cestino viene “svuotato”, e quindi lo spazio viene effettivamente liberato

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1.5b - Il Sistema Operativodsc.unisa.it/alberto/alberto/07-08/lucidi/2 dia/1.5b - il sistema... · Modulo 1: Le I.C.T. -Il Sistema Operativo Il Sistema Operativo E’ in assoluto