1. I componenti del Sistema Operativo
• Un SO viene progettato ed implementato
a moduli
• Interfaccia ben definita fra programmi
utente e moduli del SO
• Gli aspetti interni dei diversi SO possono
variare notevolmente
– requisiti diversi
– obiettivi di design diversi
• Primo passo della progettazione:
– DEFINIRE GLI SCOPI DEL SO
• In base agli scopi, si definisce il design
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13. Componenti di un SO:
il quadro complessivo
Gestione
Gestione
processi
sistema
I/O
Gestione
Sistema di
Gestione memoria
protezione
file centrale
Gestione
Gestione
memoria
SO rete
secondaria
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14. Gestione dei processi
• Attività principale CPU: esecuzione di
codice
• PROCESSO: è un programma in
esecuzione
– area codice del processo
– area dati del processo
– stato del processo
• Tipici processi:
– programmi utente
– esecuzione driver sistema operativo
– servizi (spool di stampa, server Web)
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15. Gestione dei processi
• PROCESSO != PROGRAMMA
• Programma: entità passiva
– contenuto di un file (codice) scritto su disco
• Processo: entità attiva
– può essere eseguito
– ha bisogno di tutta una serie di informazioni
aggiuntive per potersi coordinare con altri
processi
– due o più processi possono eseguire lo
stesso programma
♦ sequenze di esecuzione distinte
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16. Gestione dei processi
• Un processo, per svolgere i propri
compiti, ha bisogno di risorse
– tempo di CPU, accesso a file, dispositivi I/O
• Le risorse possono essere assegnate al
processo:
– al momento della sua creazione
– durante la sua esecuzione
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17. Gestione dei processi
• Il processo è l'unità di lavoro del SO
• SO: caratterizzato da un insieme di
processi
– organizzazione ad albero
– esecuzione concorrente e sequenziale
♦ concorrente: più processi in esecuzione
simultaneamente
♦ sequenziale: ciascun processo esegue
gruppi di istruzioni, una alla volta
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18. Gestione dei processi
• Responsabilità del SO:
– creare processi utente e di sistema
– cancellare processi utente e di sistema
– sospendere e ripristinare processi
– fornire meccanismi per la sincronizzazione
di processo
– fornire meccanismi per la comunicazione di
processo
– fornire meccanismi per la gestione di
situazioni di stallo
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19. Gestione della memoria centrale
• Caratteristiche della memoria centrale:
– vasto array accessibile per byte/parole
– ciascun elemento della memoria ha il
proprio indirizzo
– magazzino di dati velocemente accessibili
– condivisa fra CPU e dispositivi di I/O
♦ CPU legge istruzioni dalla memoria durante il
ciclo di fetch delle istruzioni
♦ CPU interagisce con la memoria in r/w
durante il ciclo di fetch dei dati
♦ Trasferimento efficiente dei dati tramite DMA
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20. Gestione della memoria centrale
• Solitamente, la memoria è l'unico
dispositivo indirizzabile direttamente
dalla CPU
– i dati del disco, vanno trasferiti in memoria
attraverso richieste di I/O, prima di poter
essere utilizzati
– le istruzioni vanno trasferite in memoria
centrale prima di poter essere eseguite
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21. Gestione della memoria centrale
• Schema di esecuzione di un programma
1.Il programma viene mappato in indirizzi
assoluti e caricato in memoria.
2.Viene generato l'indirizzo assoluto
corrispettivo ad istruzione/dato corrente.
3.Viene eseguita l'istruzione corrente oppure
elaborato il dato corrente.
4.Al termine dell'esecuzione, lo spazio di
memoria occupato dal processo viene reso
di nuovo disponibile.
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22. Gestione della memoria centrale
• La memoria centrale è un dispositivo
molto veloce
– più processi mantengo in memoria centrale,
più veloce sarà la loro esecuzione
• Diversi schemi di gestione della memoria
– la scelta dello schema più adatto dipende
dalle esigenze specifiche
– in pratica, il tipo di hardware detta la scelta
dello schema di gestione
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23. Gestione della memoria centrale
• Responsabilità del SO:
– tenere traccia di quali parti della memoria
sono attualmente utilizzate e da chi
– decidere quali processi debbano essere
caricati in memoria quando vi sia lo spazio
disponibile
– allocare e deallocare lo spazio di memoria in
base alle necessità
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24. Gestione della memoria secondaria
• La memoria centrale è troppo piccola per
poter contenere l'intero insieme di
programmi
– serve una memoria secondaria di ausilio a
quella centrale
• Caratteristiche memoria secondaria:
– molto più ampia della memoria centrale
– molto più lenta della memoria centrale
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25. Gestione della memoria secondaria
• Tipicamente, la memoria secondaria
viene fornita da un disco
– dispositivo di massa
– memorizza codice e dati indifferentemente
• I programmi rimangono sul disco fino a
quando non vengono eseguiti
• Quando un programma deve essere
eseguito, viene caricato in memoria
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26. Gestione della memoria secondaria
• Responsabilità del SO:
– gestione dello spazio libero su disco
– allocazione di spazio su disco
– scheduling/riordino delle richieste per il
disco
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27. Gestione del sistema di I/O
• SCOPI del sistema di I/O:
– mascherare le differenze tra i vari dispositivi
di I/O
– presentare all'utente una visione omogenea
dei dispositivi
– concetti di:
♦ File
♦ Directory
♦ File system
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28. Gestione del sistema di I/O
• Responsabilità del SO:
– gestire un sistema di buffer caching
♦ memorizzazione preventiva di dati non
ancora letti dai programmi
♦ scrittura dei dati a buffer riempito
– fornire un'interfaccia generica di uso per i
device driver
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29. Gestione dei file
• Le informazioni possono essere
memorizzate sui supporti fisici più
disparati
– nastro magnetico
– disco magnetico
– disco ottico
• Il SO maschera le differenze fra device e
fornisce una visione unica ad alto livello
– file
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30. Gestione dei file
• FILE: raccolta di informazioni definite dal
loro creatore
– sequenza di bit, byte, righe o record
– significato di tale sequenza definito dal
programmatore
– contengono codice di programmi oppure dati
• L'organizzazione dei file è gerarchica
– organizzazione per cartelle (directory)
– rappresentazione ad albero
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31. Gestione dei file
• Responsabilità del SO:
– creare e cancellare file
– creare e cancellare directory
– supportare primitive per la manipolazione di
file e directory
– mappare file su memoria secondaria
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32. Sistema di protezione
• I diversi processi di un SO devono
essere protetti contro le attività di altri
processi
– attività involontarie o maliziose
• PROTEZIONE: meccanismo che controlla
l'accesso alle risorse di calcolo da parte
di:
– programmi
– processi
– utenti
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33. Sistema di protezione
• ESEMPI DI MECCANISMI:
– il SO sfrutta l'hardware di indirizzamento
della memoria per impedire che un processo
possa accedere ad aree non di sua
competenza
– il timer di sistema assicura che nessun
processo possa acquisire il controllo
indefinito della CPU
– esecuzione di istruzioni di I/O diretto solo
tramite interfaccia privilegiata (system call)
– classificazione degli utenti e schema di
permessi per accesso alle risorse
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