SIStemi operativi
Modulo di informatica II
Docente: Patrizia Scandurra - Università degli Studi di Bergamo
a.a. 2008-09

Orario delle lezioni

Lunedì: 14.00-16.00 aula 26 (Teoria) aule 5-6 (Lab) (da fine Marzo in poi)   Venerdì: 11.00-13.00 aula 26 (Teoria)

 

N.B.: Per comunicazioni relative alle lezioni, a date di appelli d'esame, ecc. consultare la sezione avvisi in fondo a questa pagina.

 

• Programma del corso
• Programma in dettaglio e materiale didattico:
  • Teoria
  • Laboratorio
• Libri di testo
• Esami
• Ricevimento
• Avvisi

Programma in sintesi

Obiettivi formativi: il corso analizza i principi, il funzionamento, la struttura, politiche di gestione alla base dei sistemi operativi orientati alle principali aree applicative (sistemi transazionali, interattivi, gestionali, multimediali, robotici, embedded, ecc..).

 

Argomenti del corso: architettura, funzionalita , gestione dei processi, comunicazione tra processi, scheduling della CPU, deadlock, gestione della memoria, gestione dell'I/O, file system, programmazione concorrente e distribuita, esempi di sistemi operativi.

 

Programma/materiale didattico

Introduzione

Introduzione

Per i contenuti trattati vedi lucidi:  Presentazione del corso , lezione introduttiva e  architettura

• Definizione di sistema operativo -- Cap. 1, Sez. 1.1 del libro adottato (di A. Silberschatz et al.)
• Evoluzione dei sistemi operativi con cenni storici  -- Cap. 1, Sez. 1.2 del libro di A.S.Tanenbaum
• Tipi e esempi di sistemi operativi -- Cap 1 da Sez. 1.2 a Sez.1.8 del libro adottato
• Concetti di base sui sistemi operativi: funzioni, servizi e chiamate di sistema, programmi di sistema  -- Cap. 3, da Sez 3.1 a 3.4 del libro adottato
• Architettura di un sistema operativo -- Cap. 3, da Sez 3.5 a Sez. 3.7 del libro adottato
• Implementazione e avvio -- Cap. 3, da Sez 3.8 a Sez. 3.10 del libro adottato

Gestione dei processi

• I processi   Vedi lucidi:   processi
  • Il concetto di processo -- Cap. 4, Sez 4.1 del libro adottato
  • Schedulazione dei processi -- Cap. 4, Sez 4.2 del libro adottato
  • Operazioni sui processi -- Cap. 4, Sez 4.3 del libro adottato
    
• La comunicazione tra processi Vedi lucidi:  IPC
  • Processi cooperanti -- Cap. 4, Sez 4.5 del libro adottato (escluso 4.5.6)
  • Modelli di comunicazione
  • La comunicazione tramite scambio di messaggi 
  • La comunicazione in sistemi client/server -- Cap. 4, Sez 4.6 del libro adottato
    
• I thread   Vedi lucidi:  thread -- Cap. 5 del libro adottato
  • Generalità e modelli Sez 5.1 e 5.2
  • Problematiche relative ai thread -- Sez 5.3
  • Pthread -- Sez 5.4
  • I thread di Windows XP -- Sez 5.5
  • I thread di Linux -- Sez 5.6
  • I thread di Java -- Sez 5.7
  • Thread safeness e condizioni di Bernstein
    
• Sincronizzazione dei processi Vedi lucidi:  sincronizzazione -- Cap. 7 del libro adottato
  • Il problema della sezione critica -- Sez 7.1 e 7.2
  • Soluzioni per due processi -- Sez 7.3
  • Hardware per la sincronizzazione -- Sez 7.4
  • Semafori -- Sez 7.5
  • Problemi classici di sincronizzazione -- Sez 7.6
  • Monitor -- Sez 7.7
  • Sincronizzazione in Solaris, Windows XP e Linux -- Sez 7.9
  • Transazioni atomiche -- Sez 7.10
    
• Schedulazione della CPU Vedi lucidi: schedulazione -- Cap. 6 del libro adottato
  • Concetti di base e criteri -- Sez 6.1 e 6.2
  • Algoritmi di schedulazione -- Sez 6.3
  • Schedulazione per sistemi multiprocessore -- Sez 6.4
  • Schedulazione per sistemi in tempo reale -- Sez 6.5
  • Schedulazione dei thread
  -- Sez 6.6 (escluso 6.6.2)
  
  • Esempi: schedulazione in WindowsXP e in Linux -- Sez 6.7.2 e 6.7.3
    
• Lo stallo (deadlock) Vedi lucidi:  deadlock -- Cap. 8 del libro adottato
  • Risorse -- Sez 8.1
  • Caratterizzazione del deadlock -- Sez 8.2
  • Metodi di gestione del deadlock -- Sez 8.3
  • Prevenire il deadlock -- Sez 8.4
  • Evitare il deadlock -- Sez 8.5
  • La risoluzione del deadlock (rilevazione e ripristino) -- Sez 8.6 e 8.7

Gestione della memoria

• Gestione della memoria centrale Vedi lucidi:  memoria centrale   -- Cap. 9 del libro adottato (*), Cap. 4 del libro di A.S.Tanenbaum (**)
  • Concetti generali -- Sez 9.1 di (*)
  • Overlay -- Sez. 9.1.5 di (*)
  • Swapping -- Sez. 9.2 di (*) e Sez. 4.2 di (**)
  • Allocazione contigua della memoria: partizione singola, partizioni multiple fisse e dinamiche -- Sez. 9.3 di (*) + Sez. 4.1.1, 4.1.2 e 4.2 di (**)
  • Paginazione -- Sez. 9.4 di (*)
    • metodo di base -- Sez. 9.4.1 di (*)
    • progettazione della tabella delle pagine (supporto HW, protezione, condivisione, struttura) -- Sez. 9.4.2, 9.4.3, 9.4.4 e 9.4.5 di (*) (escluso Sez. 9.4.4.2)
  • Segmentazione 
    • Implementazione della segmentazione pura -- Sez. 9.5 di (*)
    • Segmentazione con paginazione: famiglia Intel 80x86 -- Sez. 9.6 di (*)
• La memoria virtuale Vedi lucidi: memoria virtuale    -- Cap. 10 del libro adottato
  • Concetti: gerarchia di emoria, spazio virtuale, richiesta di paginazione, copia durante la scrittura, file mappati in memoria -- Sez. 10.1, 10.2, 10.3, 10.7
  • Algoritmi di sostituzione della pagina -- Sez. 10.4 (escluso 10.4.5.1, 10.4.7 e 10.4.8)
  • Allocazione dei frame -- Sez. 10.5
  • Il fenomeno del thrashing ed il modello del working set -- Sez. 10.6 (escluso 10.4.5.1, 10.4.7 e 10.4.8)
  • Altre considerazioni -- Sez. 10.8.1, 10.8.6 e 10.8.7

File System

• L'interfaccia del file system Vedi lucidi: interfaccia del file system -- Cap. 11 del libro adottato
  • I file: attributi, metodi di accesso, struttura
  • Struttura della directory
  • Montaggio del file system
  • Condivisione e protezione 
    
• Implementazione del file system Vedi lucidi:  implementazione del file system -- Cap. 12 del libro adottato (esclusa Sez. 12.6.2; Sez. 12.9 è da "leggere")
  • Realizzazione del file system
  • Realizzazione della directory
  • Metodi di allocazione
  • Gestione dello spazio libero
  • Efficienza e prestazioni
  • Recupero del file system
  • NFS (cenni)
    
• Struttura delle memorie di massa Vedi lucidi: memorie di massa -- Cap. 14 del libro adottato (escluse le Sez. 14.2,14.5,14.6.3 e 14.7)
  

Sottosistema di I/O

Vedi lucidi: sottosistema di I/O -- Cap. 13 del libro adottato

• L'hardware di I/O (attesa attiva, interrupt, DMA), le interfacce di I/O per le applicazioni, servizi del sotto-sistema di I/O indipendente dai dispositivi, prestazioni

Conclusioni e frontiere future

Vedi lucidi: conclusioni

• Sistemi operativi distribuiti, grid computing, cloud computing, sistemi operativi embedded
  
  

Laboratorio

Programmazione concorrente e distribuita in linguaggio Java

• Multithreading in Java:
  • Lezione 1: Vedi archivio
    • Creazione e avvio, esercizi
  • Lezione 2: Vedi archivio  (N.B. L'archivio contiene anche due possibili soluzioni del primo esercizio "Somma")
    • Terminazione e join
    • Cancellazione (immediata, differita)
    • Dati specifici dei thread
    • Esercizi
  • Lezione 3: Vedi archivio  (N.B. L'archivio contiene anche tre possibili soluzioni del terzo esercizio "MatrixSum")
    • Schedulazione dei thread
    • Gruppi di thread
    • Esercizi
  • Lezione 4: Vedi archivio  (N.B. L'archivio contiene due possibili soluzioni dell'esercizio "Conto1", ed una possibile soluzione dell'esercizio "Conto2")
    • Cooperazione e sincronizzazione: sincronizzazione indiretta (o di mutua esclusione) e diretta, il modificatore synchronized e il lock di oggetti, la gestione dei segnali: wait(), notify(), notifyAll(), problemi classici di sincronizzazione (producer-consumer, lettori-scrittori)
  • Lezione 5: Per i lucidi, codice degli esempi e testi degli esercizi, vedi archivio  Le soluzioni degli esercizi sono in
    • Cooperazione e sincronizzazione: monitor, variabili condizione e lock del package java.util.concurrent di Java5, problemi classici di sincronizzazione (producer-consumer, lettori-scrittori), esercizi
  • Lezione 6: Per i lucidi, codice degli esempi e testi degli esercizi, vedi archivio  Le soluzioni degli esercizi sono in
    • Cooperazione e sincronizzazione: semafori e variabili atomiche del package java.util.concurrent di Java5,
      problemi classici di sincronizzazione (producer-consumer, il problema dei filosofi a cena), esercizi
      
  
  
• Comunicazione tra processi in ambiente client/server: socket Java, Java RMI (Remote Method Invocation)
  • Lezione 7: Per i lucidi e il codice degli esempi, vedi archivio 
    • Fondamenti di reti, comunicazione tramite socket in Java
  • Lezione 8: Per i lucidi e il codice degli esempi, vedi archivio 
    • Comunicazione tramite Java RMI

 

Panoramica di sistemi Unix-like (come Linux)

• Lezione 9: Una panoramica veloce su Gnu-Linux: un pò di storia, distribuzioni e configurazione, breve introduzione all'uso della console bash.
  • Vedi lucidi: introduzione a Linux
    
    
• Lezione 10: Multi-threading in C con le standard POSIX API Pthreads (cenni)
  • Per i lucidi e il codice degli esempi, vedi archivio 
    • La libreria Pthreads per Windows (Pthreads-w32) è scaricabile dal sito: http://sourceware.org/pthreads-win32/
      Per maggiori dettagli su come compilare ed eseguire i programmi in ambiente Linux o Windows, leggi il file "readme.txt" della cartella "esempi"
  • La soluzione dell' esercizio "Somma" è in