Definizione e Funzioni del Sistema Operativo

Definizione del Sistema Operativo

• Il sistema operativo è un insieme di componenti software
• Garantisce l'operatività di base di un calcolatore
• Coordina e gestisce le risorse hardware
• Gestisce le periferiche
• Gestisce le risorse software (processi)
• Offre un'interfaccia all'utente
• È la base per i software applicativi, progettati per essere riconosciuti e supportati dal sistema operativo

Funzioni Principali del Sistema Operativo

• Gestione dell'unità centrale (processore e memoria)
• Gestione dell'input/output
• Gestione dei programmi applicativi
• Gestione del file system
• Gestione dell'interfaccia utente (interprete dei comandi o shell)
• Gestione della sicurezza (controllo dell'accesso alle risorse)

Modello Onion Skin

• Modello sviluppato da H.M. Deitel nel 1983
• Descrive la struttura di un sistema operativo a strati.
• Ogni strato virtualizza ulteriormente l'hardware.
• Le astrazioni si allontanano via via dal centro del modello.

Nucleo

• Contiene i moduli che gestiscono il processore.
• Ha l'obiettivo di slegare la parte hardware del processore dal software che lo utilizza.
• Realizza il multitasking

Processi

• Un programma in esecuzione
• La struttura del processo in memoria è suddivisa in sezioni (codice, dati, heap, stack)
• Ogni processo è rappresentato da un Blocco di Controllo del Processo (PCB)
• Il PCB contiene informazioni sul processo specifico

Elementi del PCB

• Stato del processo
• Contatore di programma
• Registri della CPU
• Informazioni sullo scheduling della CPU
• Informazioni sulla gestione della memoria
• Informazioni sull'accounting
• Informazioni sullo stato dell'I/O

Stati dei Processi

• Nuovo (New)
• Pronto (Ready)
• Esecuzione (Running)
• Sospensione (Waiting)
• Terminato (Terminated)

Scheduling dei Processi

• Lo scheduler seleziona un processo per l'esecuzione
• Processi I/O-bound: dedicano la maggior parte del tempo alle operazioni di I/O
• Processi CPU-bound: dedicano la maggior parte del tempo all'elaborazione

Context Switch

• In presenza di una interruzione o di una system call il sistema salva lo stato del processo corrente.
• Ciò permette al processo di essere ripristinato in seguito.

Algoritmi di Scheduling - FCFS

• Opera senza prelazione.
• Esegue i processi nell'ordine in cui arrivano (FIFO).

Algoritmi di Scheduling - Shortest Job First

• Opera senza prelazione.
• Seleziona il processo con il tempo di elaborazione più breve.
• Se diversi processi hanno lo stesso tempo minimo, viene applicato il criterio FCFS.

Algoritmi di Scheduling - Priority

• Opera con o senza prelazione.
• I processi sono associati ad una priorità.
• Si assegna il processore al processo con la priorità più alta.
• Se ci sono processi con la stessa priorità, si applica il criterio FCFS

Algoritmi di Scheduling - Round Robin

• Opera con prelazione.
• I processi vengono eseguiti per brevi intervalli di tempo.
• Si passa al processo successivo dopo un tempo prestabilito.

Gestione della Memoria

• La memoria centrale è virtualizzata
• I moduli gestori permettono la condivisione delle risorse dalla memoria centrale
• Spazio di indirizzamento logico: gli indirizzi usati del processo sono riferimenti a questo spazio
• Spazio di indirizzamento fisico: ogni indirizzo logico corrisponde ad un indirizzo fisico

Gestione della Memoria - Partizionamento Fisso

• Suddivisione della memoria in partizioni di dimensione fissa
• Problemi: frammentazione interna in cui le partizioni non vengono usate completamente

Gestione della Memoria - Partizionamento Variabile

• Ogni partizione è dimensionata dinamicamente sulla base del processo
• Vantaggi: nessuna frammentazione interna, grado di multiprogrammazione variabile
• Svantaggi: frammentazione esterna, scelta dell'area di allocazione

Gestione della Memoria - Paginazione

• Partizionamento dello spazio fisico di memoria in pagine di dimensione costante
• Elimina la frammentazione esterna
• Riduce la frammentazione interna a valori trascurabili
• Ogni pagina logica è mappata su una pagina fisica tramite una tabella

Gestione della Memoria - Segmentazione

• Partizionamento dello spazio logico di memoria in segmenti di nome e dimensione diversa
• I segmenti hanno una dimensione variabile
• Consente la frammentazione esterna

Gestione delle Periferiche

• Sistemi operativi devono gestire periferiche varie (input/output).
• I driver consentono ai sistemi operativi di gestire tale varietà di periferiche

File System

• Gestisce la memorizzazione permanente dei dati in memoria di massa
• Offre una rappresentazione logica uniforme della memorizzazione delle informazioni sui diversi supporti
• Il file è l'elemento logico di base

File

• Insieme di informazioni correlate, memorizzate in memoria secondaria, con un nome.
• Unità più piccola assegnabile per la scrittura in memoria secondaria
• Attributi: nome, tipo, locazione, dimensione

Directory

• Il file system è gestito in modo gerarchico tramite directory (contenitori) che contengono file.
• Operazioni di gestione dei file (Create, Open, Close, Write, Read, Delete, Seek)

Metodi di Accesso - Sequenziale

• L'accesso sequenziale elabora i dati in ordine consecutivo
• Metodi comuni per editor e compilatori.

Metodi di Accesso - Diretto

• Un file può essere accesso in modo diretto, senza obbligatoriamente considerare l'ordine.
• Utile per accedere a record specifici in un file.

Allocazione Concatenata

• I blocchi di un file sono memorizzati in modo non contiguo.
• Ogni blocco contiene un puntatore al prossimo blocco.

Allocazione Indicizzata

• Si mantiene un indice contenente tutti i puntatori ai blocchi di un file
• Consente un accesso diretto a tutti i dati

Inode

• In Unix, ogni file è rappresentato da un inode (nodo indice)
• L'inode contiene informazioni sul file, come i puntatori ai dati memorizzati sul disco

Interprete dei Comandi

• L'interfaccia a comando permette all'utente di interagire con il sistema operativo tramite i comandi
• I comandi sono digitati attraverso la tastiera.

GUI - Graphical User Interface

• L'interfaccia grafica rende visibile l'organizzazione dei file in memoria di massa
• Consente all'utente di interagire senza digitare i comandi a testo
• Facilita l'avvio di programmi applicativi

Questo quiz esplora la definizione e le principali funzioni di un sistema operativo, dalle sue componenti essenziali alla gestione delle risorse hardware e software. Approfondiremo anche il modello Onion Skin proposto da H.M. Deitel, che descrive la struttura stratificata di un sistema operativo. Testa la tua comprensione su questi concetti fondamentali.