Corso di Sistemi Operativi e Laboratorio

Laurea in Informatica
A.A. 2018/2019

docenti: Marina Lenisa, Ivan Scagnetto

Orario delle lezioni:

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, etc.)

Parallelamente, il corso 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.

Programma

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.
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.

Bibliografia

Testi consigliati

1. A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne, Sistemi operativi (nona ed.). Pearson, 2014
2. A. Tanenbaum, H. BosI moderni sistemi operativi (quarta ed.). Pearson (Prentice Hall), 2016.

Si consiglia di integrare i testi precedenti con appunti presi a lezione e le seguenti trasparenze usate in aula:

1. Introduzione, evoluzione, tipi di sistemi operativi
2. Richiami di hardware
3. Componenti, servizi e strutture dei S.O.
4. Processi e Thread
5. Scheduling di breve termine
6. Processi cooperanti
7. Deadlock
8. Gestione della memoria
9. Memoria virtuale
10. Le restanti trasparenze sono disponibili sul sito dott. Ivan Scagnetto.

Modalità di esame

Esame scritto: