Instrumente și tehnici de bază în Informatică - Curs 1

Instrumente și tehnici de bază în Informatică

• Cursul acoperă instrumentele și tehnicile de bază în informatică
• Este pentru semestrul I 2024-2025
• Predat de Vlad Olaru

Curs 1 - schiță

• Structura sistemelor de calcul
• Ce este un sistem de operare
• Serviciile sistemului de operare
• Pornirea sistemului (procesul de boot)
• Procesul de autentificare a utilizatorului
• Interpretorul de comenzi

Structura sistemelor de calcul

• Componentele sistemului de calcul:
  • Hardware - resurse de calcul de bază (CPU, memorie, dispozitive de intrare/ieșire (I/O))
  • Sistem de operare
    • Controlează și coordonează utilizarea hardware-ului între programe și utilizatori
  • Programe de aplicație – definesc modul de utilizare a resurselor sistemului pentru a rezolva problemele utilizatorilor (procesoare de text, browsere web, sisteme de baze de date, jocuri video)
  • Utilizatori (oameni, mașini, alte computere)

Perspectivă abstractă a componentelor unui calculator

• Utilizator
• Programe de aplicație (compilatoare, browsere web, seturi de dezvoltare etc.)
• Sistem de operare
• Hardware al calculatorului (CPU, memorie, dispozitive de intrare/ieșire etc.)

Organizarea sistemelor de calcul

• Operarea sistemelor de calcul
  • Un sau mai multe procesoare și controllere de dispozitive de comunicare, comunică prin magistrala principală asigurând accesul la memorie
  • Procesele concurente ale procesorului și dispozitivelor concurează pentru acces la memorie
• Componente: CPU, controler de disc, controler USB, adaptor grafic, memorie

Cum funcționează un calculator modern

• Thread de execuție
• Cache
• CPU (N)
• Cerere I/O
• Ciclu de execuție instrucțiuni
• Deplasarea datelor
• Instrucțiuni și date
• Întrerupere
• Dispozitiv (M)
• DMA
• Memorie

Ce este un sistem de operare?

• Program care mediază utilizatorul și hardware-ul calculatorului
• Obiective:
  • Execută programele utilizatorilor și facilitează rezolvarea problemelor
  • Permite utilizarea sistemului de calcul convenabil
  • Gestionează abstracții software (ex. lucrăm cu fișiere, nu cu blocuri de disc)
  • Folosește hardware-ul calculatorului eficient

Ce face un sistem de operare?

• Depinde de punctul de vedere al utilizatorului
• Facilitarea utilizării și performanței (indiferent de resursele utilizate)
• Calculatoare mari (eventual supercalculatoare)
• Sistem de operare = alocator de resurse și program de control, eficientizând utilizarea hardware-ului și gestionând execuția programelor utilizator
• Resursele partajate de utilizatorii de la stații de lucru
• Echipamente mobile (telefon smartphone, tabletă)
• Interfețe de utilizator speciale (touch screen, recunoaștere vocală)
• Unele computere au interfețe de utilizator limitate sau niciun fel (embedded systems)
• Rulează în principiu fără intervenția utilizatorului

Definiția sistemului de operare

• Nu există o definiție general acceptată
• „Software-ul care vine cu calculatorul” - o aproximare bună
• „Programul care rulează constant pe calculator” - nucleu (kernel) al sistemului de operare
• Restul: programe de sistem (nu fac parte din nucleu), aplicații

Serviciile sistemului de operare

• Mediu de execuție pentru programe și servicii pentru programe și utilizatori
• Interfața utilizator:
  • Linia de comandă (CLI)
  • Interfață grafică (GUI)
  • Touch screen
  • Batch
• Execută programe (încărcare, execuție, terminare normală/anormală)
• Operații de intrare/ieșire (I/O)
• Gestionarea fișierelor (creare, ștergere, căutare, acces la fișiere, directoare etc.)

Serviciile SO (continuare)

• Comunicare
  • Calculatoarele pot schimba informații între ele prin memorie partajată sau mesaje.
• Detectarea erorilor
  • Sistemul de operare (SO) monitorizează permanent posibile erori (CPU, memorie, dispozitive I/O, programe utilizator)
  • Acțiuni corespunzătoare pentru a asigura calcul corect și consistent.
• Alte funcții
  • Alocarea resurselor (CPU, memorie, stocare etc.)
  • Protecție și securitate (acces restricționat la informații, protejarea de acces neautorizat)

Serviciile SO (continuare)

• Operare eficientă a sistemului cu resurse partajate
• Alocarea resurselor
  • Tipuri de resurse:
    • Echipamente I/O
    • Cicluri de CPU, memorie principală, spațiu de stocare a fișierelor
• Protecție și securitate (accesuri restricționate, protejarea echipamentelor externe I/O)
• Logare a executării (contabilizarea resurselor utilizate de utilizatori)

O perspectivă a serviciilor SO

• Reprezentare grafică a nivelurilor sistemelor

Instalarea și pornirea SO

• Proiectate pentru diferite sisteme cu diverse dispozitive periferice
• Se poate compila și instala SO nou pe un calculator existent.
• Pași necesari pentru instalarea/pornire:
• Descărcarea codului sursă
• Configurarea nucleului
• Compilarea nucleului
• Compilarea modulelor kernel
• Instalarea modulelor kernel
• Instalarea noului kernel în sistem

Exemplu, Linux

• Descărcarea codului sursă Linux
• Configurarea nucleului folosind „make menuconfig”
• Compilarea nucleului folosind „make”
• Producerea imaginii nucleului (vmlinuz)
• Compilarea modulelor kernel cu „make modules”
• Instalarea modulelor kernel în vmlinuz cu „make modules install”
• Instalarea noului kernel în sistem cu „make install”