Corso di Laurea in Informatica

Sistemi Operativi 2004/2005

Marco Comini e Marina Lenisa

Indice

Descrizione del corso

I concetti generali previsti per il corso, ampliamente coperti dal materiale bibliografico consigliato, verranno discussi a lezione in maniera relativamente indipendente da specifici sistemi operativi. Essi saranno comunque esemplificati facendo riferimento a comuni sistemi operativi (Unix, Linux, Windows 2000, etc.)

Parallelamente, il corso complementare di Laboratorio di Sistemi Operativi offre l'opportunità allo studente di mettere in pratica le nozioni apprese e di verificarne la comprensione. Inoltre tale corso offrirà le nozioni di base relative all'uso di linguaggi di scripting, della programmazione di sistema e della programmazione distribuita.
Allo studente, oltre che capire ed imparare quanto suggerito a lezione, verrà chiesto di svolgere alcuni progetti. Condizione necessaria per sostenere l'esame di Sistemi Operativi è lo svolgimento dei progetti obbligatori del corso di Laboratorio.

Programma definitivo

1. Aspetti generali
   • Ruolo del sistema operativo (SO) in un sistema di calcolo;
   • evoluzione dei SO; tipi di SO (batch/interattivi, time-sharing/dedicati, real-time, paralleli, distribuiti, sistemi embedded...);
   • richiami sull'architettura di un sistema di calcolo (livelli di esecuzione delle istruzioni, gestione delle interruzioni, gestione dell'I/O);
   • Il SO come gestore di risorse: processi, memoria, dispositivi, file, interazione con l'utente;
   • il SO come macchina virtuale: il nucleo, le chiamate di sistema;
   • Struttura di un sistema operativo (monolitico, a livelli, macchine virtuali, exokernel, microkernel client-server)
   • Esempi: Unix tradizionale, Linux, Solaris, Mach, Windows NT.
2. Processi e Thread
   • il concetto di processo: definizione e ruolo, il descrittore di processo;
   • la manipolazione dei processi: la creazione/terminazione di un processo, grafo degli stati di un processo, la commutazione di contesto, lo scheduling di processi
   • i processi leggeri (threads): modello a thread, thread a livello utente vs. a livello kernel, soluzioni ibride, thread pop-up, passaggio da thread singolo a multithread;
   • ruolo del nucleo: gestione interruzioni e traps, operazioni di wait e signal su condizioni di attesa;
   • lo scheduling dei processori: concetti di base, criteri di scheduling, algoritmi di scheduling, scheduling di sistemi a multiprocessore, scheduling real-time;
3. Programmazione concorrente
   • race conditions, e sezioni critiche
   • mutua esclusione
   • sincronizzazione tra processi e memorie condivise
   • scambio messaggi
   • primitive di comunicazione e sincronizzazione: semafori, mutex, monitor, scambio di messaggi;
   • problemi classici: produttore/consumatore, filosofi, lettori/scrittori, barbiere;
   • stallo: definizione, modelli per lo stallo, identificazione, prevenzione
4. Gestione della memoria
   • gerarchie di memoria: registri, cache, memoria centrale, memoria virtuale, dischi;
   • il binding degli indirizzi, spazi logici e fisici di indirizzamento, la rilocazione;
   • tecniche di allocazione: contigua, la paginazione, la segmentazione; la frammentazione;
   • la memoria virtuale: paginazione a richiesta, algoritmi di sostituzione delle pagine, il thrashing, il modello Working set
5. Input/Output
   • Tipi di dispositivi di I/O. Principi dell'hardware di I/O.
   • Gestione a basso livello dei dispositivi di I/O. PIO, DMA, DVMA.
   • Il trattamento delle interruzioni, i driver di I/O. I/O bloccante, non bloccante, asincrono. Interfaccia per le applicazioni.
   • I dischi. Algoritmi di Schedulazione dei dischi.
6. Il file system
   • il file, attributi, operazioni, struttura fisica;
   • metodi di accesso sequenziale, diretto, a indice;
   • le directory e la struttura logica di un file system: piatta, gerarchica, a grafo;
   • la protezione; la consistenza;
   • implementazione dei file system: organizzazione, allocazione e gestione spazio libero, backup e restore.
   • struttura di un disco: gestione delle partizioni, gestione delle aree di swap
   • Il caso di Unix: UFS, EXT2. Tabelle in kernel. Il Virtual File System. Risoluzione dei nomi in inode.
   • Operazioni su dischi, partizioni e file system.
   • Cenni ai journaled file system.
7. Sistemi con processori multipli
   • Concetti generali. Processori strettamente/debolmente accoppiati.
   • Multiprocessori. Aspetti hardware, software. Limitazioni.
   • Multicomputer. Aspetti hardware. Comunicazione a basso livello, a livello utente. RPC. Memoria condivisa distribuita.
   • Sistemi distribuiti. Servizi e protocolli di rete, e distribuiti. Il modello client/server, protocolli. Modello ISO/OSI, la suite TCP/IP. Middleware di comunicazione.
   • Modelli distribuiti basati sulla migrazione dei dati, della computazione, dei processi; su coordinazione distribuita.
   • Chiamate di procedure remote (RPC). Esempio di servizio distribuito: NFS.
   • Coordinazione Distribuita
8. Protezione e Sicurezza
   • implementazioni della matrice d'accesso
   • vulnerabilità delle passwords
   • Cavalli di Troia, Trap Doors, Worms e Viruses

Bibliografia

Testi consigliati

1. A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne, Sistemi operativi (sesta ed.). Addison-Wesley, 2002. ISBN 88-7192-140-2.
2. A. Tanenbaum, Modern Operating Systems (II ed.). Prentice Hall, 2001. ISBN 0-13-031358-0.

1. Trasparenze usate in aula, per la prima parte di corso (tenuta da Marina Lenisa)
2. Trasparenze usate in aula, per la seconda parte di corso (tenuta da me) (ancora in fase di completamento, provvisoriamente utilizzare quelle di Marino Miculan)
Trasparenze usate in aula, per la terza parte di corso (tenuta da me)
4. Cronologia di Unix

Testi di consultazione

1. Distributed Systems, A. Tanenbaum, M.R. Van Steen. Prentice Hall, 2002.
   Il naturale completamento in ambito distribuito del testo precedente.
2. UNIX for Programmers and Users, seconda edizione. Graham Glass, King Ables. Prentice-Hall, 1999.
   Specialmente il capitolo 13, sugli internal di Unix.
3. Unix system programming, Keith Haviland, Dina Gray, Ben Salama, seconda edizione. Addison Wesley, 1998. ISBN: 0-201-87758-9.
   Buon libro di programmazione, ricco di esempi. Non tratta i threads.

Modalità d'esame

L'esame di Sistemi Operativi si compone di una prova scritta, di una prova di laboratorio, ed (eventualmente) di una prova orale (soprattutto per discriminare le situazioni "di confine" o, in ogni caso, "sospette" e/o dare la possibilità di alzare il voto rispetto a quanto determinato da scritto e laboratorio).

Prova Scritta:

La prova scritta richiede di:

• svolgere degli esercizi analoghi a quelli presentati nelle esercitazioni e/o
• rispondere ad alcune domande sugli argomenti trattati nelle lezioni.

La prova scritta può essere sostenuta anche se non si è ancora sostenuta la prova di laboratorio e viceversa. Durante il corso, verranno svolti 2 compitini. Gli studenti che superano positivamente i compitini vengono esonerati dalla prova scritta. La prova scritta mantiene la sua validità per un anno, ossia una volta superato lo scritto lo studente ha un anno di tempo per completare l'esame sostenendo le rimanenti prove.
Ad ogni scritto (e ad ogni compitino) agli studenti verranno consegnati 2 possibili testi d'esame e verranno dati 5 minuti per scegliere la prova che intenderanno sostenere fra:

• Basic: consistente essenzialmente in una serie di domande sugli argomenti trattati durante le lezioni;
• Advanced: consistente essenzialmente in una serie di esercizi analoghi a quelli presentati durante le esercitazioni.

Ovviamente il voto ottenibile con le due prove non è il medesimo. In particolare i voti ottenibili con una prova Basic o Advanced sono, rispettivamente, all'interno del range 16-22 o 23-30+. Si considereranno valide solo le prove sostenute per cui si è ottenuto un voto all'interno del range previsto. In particolare una prova Advanced che non ottenga almeno 23 non sarà considerata valida.
Ogni volta che si consegna per la correzione una prova scritta si cancella ogni eventuale voto ottenuto su prove corrispondenti (primo compitino, secondo compitino, scritto completo; quest'ultimo cancella pure i compitini)

Prova di Laboratorio:

Per informazioni sulle modalità della prova di laboratorio si consultino le istruzioni sulla relativa pagina del corso di Laboratorio di Sistemi Operativi.

Prova Orale (se necessaria) e Registrazione Voto Esame:

La prova orale consiste nella discussione di alcuni degli argomenti trattati a lezione. Per poter sostenere la prova orale o registrare il voto dell'esame (se la prova orale non fosse necessaria), è necessario:

• aver superato la prova di laboratorio;
• aver superato una prova scritta da meno di un anno e con un voto maggiore o uguale a 16.
Nel caso la prova orale non venga superata o si decida di non accettare il voto, le rimanenti prove rimangono valide al fine di sostenere un secondo esame orale.

Iscrizioni Necessarie:

Si ricorda che sia per potersi presentare alle prova scritta che a quella orale è necessaria l'iscrizione elettronica (mediante il sito www.sindy.uniud.it).

Esami passati

Potete inoltre scaricare in formato elettronico (parte dei) testi e/o soluzioni dei compiti passati:

1. testo e (parziali) soluzioni del compito del 2005/09/21 advanced e basic
2. testo e (parziali) soluzioni del compito del 2005/09/02 advanced e basic
3. testo e (parziali) soluzioni del compito del 2005/07/07 advanced e basic
4. testo e soluzioni del secondo compitino del 2005/03/18 advanced e basic
5. testo e soluzioni del primo compitino del 2005/04/06 advanced e basic
6. testo e soluzioni del secondo compitino del 2005/04/06 advanced e basic