Sistemi Operativi
(modulo di Informatica II)
Docente: Patrizia Scandurra - Università degli Studi di Bergamo
a.a. 2010-11

Programma del corso (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, memorie di massa, file system, programmazione concorrente e distribuita in linguaggio Java, esempi di sistemi operativi.

Programma in dettaglio e materiale didattico:

• Teoria
• Laboratorio
• Libri di testo
• Esami
• Ricevimento
• Avvisi

Teoria

Introduzione

Per i contenuti trattati vedi lucidi:

• Presentazione del corso
• lezione introduttiva
• concetti 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 Sez. 1.3, 1.10, 1.11, 1.12 del libro adottato
• Concetti di base sui sistemi operativi: funzioni, implementazione e avvio, funzionamento event-driven e dual-mode, servizi e chiamate di sistema, programmi di sistema -- Cap. 1, Sez 1.2, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 - Cap. 2 Sez. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.10 e 2.11 del libro adottato
• Architettura di un sistema operativo -- Cap. 2, Sez 2.7 e 2.8 del libro adottato

Gestione dei processi

• I processi Vedi lucidi: processi
  • Il concetto di processo -- Cap. 3, Sez 3.1 del libro adottato
  • Schedulazione dei processi -- Cap. 3, Sez 3.2 del libro adottato
  • Operazioni sui processi -- Cap. 3, Sez 3.3 del libro adottato
    • Codice di esempio per la creazione di un processo figlio con la chiamata di sistema fork() dei sistemi Unix-like
• La comunicazione tra processi Vedi lucidi: IPC
  • Processi cooperanti e modelli di comunicazione: comunicazione tramite memoria condivisa e comunicazione tramite scambio di messaggi -- Cap. 3, Sez . 3.4 del libro adottato
  • Esempio: comunicazione LPC (Local Procedure Call) di Windows XP -- Cap.3. Sez. 3.5.3
  • La comunicazione in sistemi client/server (socket, pipe, RPC, RMI) -- Cap. 3, Sez 3.6 del libro adottato -- Cap. 3. Sez. 3.6
    • Codice di esempio per la creazione di una unnamed pipe in sistemi Unix-like
• I thread Vedi lucidi:thread -- Cap. 4 del libro adottato
  • Generalità e modelli Sez 4.1 e 4.2
  • Pthread -- Sez 4.3.1
  • Problematiche relative ai thread -- Sez 4.4
  • Ithread di Windows XP e di Linux -- Sez 4.5
  • Thread safeness e condizioni di Bernstein
• Schedulazione della CPU Vedi ucidi:schedulazione -- Cap. 5 e 19 del libro adottato
  • Concetti base e criteri -- Sez 5.1 e 5.2
  • Algoritmi di schedulazione -- Sez 6.3
  • Schedulazione dei thread -- Sez 5.4 (escluso 5.4.2)
  • Schedulazione per sistemi multiprocessore -- Sez 5.5 (escluso 5.5.4 e 5.5.5)
  • Schedulazione per sistemi in tempo reale -- Sez 19.5 (escluso 19.5.3 e 19.5.4)
  • Schedulazione in WindowsXP e in Linux -- Sez 5.6.2 e 5.6.3
• Sincronizzazionedei processi Vedi lucidi:sincronizzazione -- Cap. 6 del libro adottato
  • Il problema della sezione critica -- Sez 6.1 e 6.2
  • Soluzioni per due processi (Peterson) -- Sez 6.3
  • Hardware per la sincronizzazione -- Sez 6.4
  • Semafori -- Sez 6.5
  • Problemi classici di sincronizzazione (Produttore-consumatore, lettori-scrittori, cinque filosofi a cena) -- Sez 6.6
  • Monitor -- Sez 6.7 (esclusi 6.7.3 e 6.7.4)
  • Sincronizzazione in Solaris, Windows XP, Linux e Pthreads -- Sez 6.8 (solo cenni)
  • Transazioni atomiche -- Sez 6.9 (esclusi 6.9.4.2 e 6.9.4.3)
• Lo stallo (deadlock) Vedi lucidi:deadlock -- Cap. 7 del libro adottato
  • Risorse -- Sez 7.1
  • Caratterizzazionedel deadlock -- Sez 7.2
  • Metodi di gestione del deadlock -- Sez 7.3
  • Prevenire il deadlock -- Sez 7.4
  • Evitare il deadlock -- Sez 7.5
  • La risoluzione del deadlock (rilevazione e ripristino) -- Sez 7.6 e 7.7

Gestione della memoria

• Gestione della memoria centrale Vedi lucidi:memoria centrale -- Cap. 8 del libro adottato
  • Concetti generali -- Sez 8.1
  • Swapping -- Sez. 8.2
  • Allocazione contigua della memoria: partizione singola, partizioni multiple fisse e dinamiche -- Sez. 8.3
  • Paginazione -- Sez. 8.4
    • metodo di base -- Sez. 8.4.1
    • progettazione della tabella delle pagine (supporto HW, protezione, condivisione, struttura) -- Sez. 8.4.2, 8.4.3, 8.4.4 e 8.5 (escluso Sez. 8.5.2)
• Segmentazione
  • Segmentazione pura -- Sez. 8.6
  • Segmentazione con paginazione: famiglia Intel 80x86 -- Sez. 8.7

La memoria virtuale Vedi lucidi:memoria virtuale -- Cap. 9 del libro adottato

• Concetti: gerarchia di memoria, ambiente virtuale, richiesta di paginazione, copia durante la scrittura, file mappati in memoria, mappatura in memoria dell'I/O -- Sez. 9.1, 9.2, 9.3, 9.7.1 e 9.7.3
• Algoritmi di sostituzione della pagina -- Sez. 9.4
• Allocazione dei frame -- Sez. 9.5
• Il fenomeno del thrashing ed il modello del working set -- Sez. 9.6 (cenni)
• Altre considerazioni -- Sez. 9.9 (cenni)

File System

• L'interfaccia del file system Vedi lucidi:interfaccia del file system -- Cap. 10 del libro adottato
  • I file: attributi, metodi di accesso, struttura
  • Struttura della directory
  • Montaggio del file system
  • NFS (cenni)
  • Condivisione e protezione

Implementazione del file system Vedi lucidi:implementazione del file system -- Cap. 11 del libro adottato (escluse Sez. 11.2.3; 11.8 e 11.9)

• Realizzazione del file system
• Realizzazione della directory
• Metodi di allocazione
• Gestione dello spazio libero
• Efficienza e prestazioni
• Recupero del file system

Sottosistema di I/O Vedi lucidi:sottosistema di I/O -- Cap. 13 del libro adottato (escluse le Sez. da 13.3.1 a 13.3.4, 13.5, 13.6 e 13.7)

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

Laboratorio

Una panoramica su Linux

Seminario di Flavio Castelli: Una panoramica veloce su Gnu-Linux: un pò di storia, distribuzioni e configurazione, breve introduzione all'uso della console bash.

• introduzione a Linux Vedi lucidi:
• Archivio per la DEMO

Programmazione concorrente in linguaggio Java

Multithreading e sincronizzazione

• Lezione 1: Vedi archivio
  • Creazione e avvio
  • Condivisione di dati
  • Terminazione e join
  • Cancellazione (immediata, differita)
  • Esercizi
    • Due possibili soluzioni dell'esercizio "Somma" dove si affronta il problema della condivisione dei dati tra thread: Somma.java e Somma_bis.java
• Lezione 2: Vedi archivio
  • 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), esercizi
• Lezione 4: Vedi archivio
  • Cooperazione e sincronizzazione: Soluzione esercizio Conto, Problema lettori-scrittori, lock e variabili condizione del package java.util.concurrent di Java 5, Problema producer-consumer, esercizio
• Lezione 5 e 6: Vedi archivio
  • esercitazione sincronizzazione indiretta (o di mutua esclusione) e diretta, e sui lock e variabili condizione del package java.util.concurrent di Java 5 (Problema lettori-scrittori senza starvation dei scrittori, Toilette e BAR)
• Lezione 7 : Vedi archivio
  • Cooperazione e sincronizzazione: semafori e barriere del package java.util.concurrent di Java5, problemi classici di sincronizzazione (producer-consumer, il problema dei filosofi a cena), esercizi

Comunicazione tra thread in ambiente client/server

• Lezione 3: Per i lucidi e il codice degli esempi, vedi archivio
  • Fondamenti di reti, comunicazione tramite socket in Java, server multi-thread