Cos'è un Sistema Operativo?

• Il Sistema Operativo gestisce le risorse hardware e software di un computer
• Un sistema operativo fornisce servizi a programmi per computer
• I sistemi operativi mirano all'uso efficiente del sistema e possono includere software di contabilità
• Questo software di contabilità serve per allocare i costi del tempo del processore, della memoria di massa, della stampa e di altre risorse
• Il sistema operativo funge da intermediario tra programmi e hardware per funzioni come input/output e allocazione della memoria
• Il codice dell'applicazione viene eseguito direttamente dall'hardware, ma effettua chiamate di sistema o è interrotto dal sistema operativo
• I sistemi operativi sono usati in computer, telefoni cellulari, console per videogiochi, server Web e supercomputer

Sistemi Operativi più diffusi

• Microsoft Windows è il sistema operativo desktop dominante con circa l'82,74% del mercato

• macOS di Apple Inc. è al secondo posto con il 13,23% del mercato

• Le versioni di Linux sono terze con l'1,57% del mercato

• Android era al 70% dell'utilizzo nel settore mobile (smartphone e tablet) nel 2017

• Android domina gli smartphone con l'87,5% e un tasso di crescita del 10,3% all'anno (dati del terzo trimestre 2016)

• iOS di Apple segue con il 12,1% e una diminuzione annua della quota di mercato del 5,2%

• Altri sistemi operativi hanno solo lo 0,3% del mercato

• Le distribuzioni Linux dominano i settori dei server e del supercalcolo

• Esistono classi specializzate di sistemi operativi come i sistemi embedded e real-time per varie applicazioni

Concetti Base

• Un Sistema Operativo è un insieme di programmi standard
• Il Sistema Operativo realizza una efficiente comunicazione tra l'hardware della macchina e l'utente
• Il sistema operativo permette di far comunicare l'uomo con la macchina in maniera adeguata
• Il Sistema Operativo ha una sua collocazione ben precisa in un'architettura a strati
• Il Sistema Operativo gestisce i circuiti e le componenti interne dell'elaboratore
• Il Sistema Operativo è il software responsabile per la gestione delle risorse del calcolatore
• Il SO alloca le risorse alle applicazioni in esecuzione contemporaneamente

Attività del Sistema Operativo

• Individua il codice eseguibile del programma (memorizzato su hard disk)

• Alloca al programma le necessarie risorse per l'esecuzione (ad esempio, memoria centrale)

• Carica il codice eseguibile del programma in memoria centrale

• Avvia il programma

• Il Sistema Operativo permette all'utente di usare le risorse (HW e SW) del sistema di elaborazione in modo semplice e immediato,

• Il Sistema Operativo ottimizzare l'uso delle risorse e fornisce un'immagine astratta delle risorse disponibili

• Il Sistema Operativo astrae i dettagli implementativi necessari

• In questo modo, si svincola l'utente comune dalla struttura fisica della macchina stessa

• Un programma è un insieme di istruzioni eseguite per risolvere un problema

• Le istruzioni sono codificate in un linguaggio di programmazione (es. C)

• Il linguaggio di programmazione è comprensibile all'umano e alla macchina

• Le istruzioni sono allocate in memoria centrale e la CPU esegue ogni istruzione tramite il ciclo istruzione

• Un calcolatore è rappresentabile come una macchina a stati finiti

• La macchina a stati finiti evolve nel tempo attraverso azioni deterministiche provocate dall'esecuzione delle istruzioni di un programma

• Lo stato del sistema è un insieme di parametri caratteristici come i registri generali, lo stack pointer e il program counter

• Ogni istruzione determina un insieme di cambiamenti finito

• La rappresentazione a stati finiti di un elaboratore ne fornisce una visione simbolica molto semplice

Processi e Risorse

• Un Processo è un programma in esecuzione
• Per poter evolvere il processo ha però bisogno di componenti HW e SW come microprocessore, video, hard disk,etc. ecc.
• Una Risorsa è qualsiasi elemento hardware o software usato da un processo e che ne condiziona l'avanzamento
• La parte del Sistema Operativo è allocata in memoria centrale, in una zona non accessibile ai programmi normali

Funzionalità generali

• Un Sistema Operativo ha due gruppi di funzionalità: verso l'utente e verso la macchina

Funzionalità verso l'utenete

• Permette di utilizzare applicativi e dati presenti nel calcolatore
• Permette di creare nuovi dati
• Permette la condivisione della stessa macchina a più utenti isolando lo spazio di lavoro e coordinando l'accesso a risorse condivise

Funzionalità verso i programmi

• Attivazione, esecuzione, terminazione

• Attribuzione delle risorse del calcolatore (CPU, memoria, I/O, ecc.) ai programmi

• Coordinamento rispetto all'uso condiviso delle risorse

• Tutti i processi in competizione sulla stessa risorsa devono comunque ottenere la risorsa prima o poi

• I tempi di inattività della risorsa devono essere minimi

• Bisogna minimizzare i tempi di attesa dei processi

• Lo Scheduling assegna le risorse ai processi in competizione

• Le responsabilità dello scheduling sono: tenere aggiornate le informazioni sullo stato di ciascuna risorsa, gestire i conflitti, assegnare una risorsa ad un processo e prendere il controllo di una risorsa

• Un Sistema Operativo gestisce le risorse (Gestore del/dei processori, Gestore della memoria centrale, Gestore delle periferiche (Input/Output), Gestore delle informazioni (File System))

Architettura di un Sistema Operativo

• I sistemi operativi hanno una struttura complessa
• La struttura può essere descritta come una gerarchia di macchine virtuali dove ciascun livello è relativo a una macchina virtuale
• La macchina virtuale gestisce una diversa tipologia di risorse
• Le risorse gestite sono i processori, la memoria, le periferiche, le memorie secondarie e l'interfaccia utente
• L'utente del calcolatore interagisce solo con l'interfaccia grafica del sistema operativo
• L'interfaccia permette un sistema di comunicazione tra due entità che parlano linguaggi diversi
• Nel modello a strati, ogni strato è responsabile di una parte delle risorse, si appoggia allo strato sottostante e comunica con lo strato sovrastante