La CPU e la Memoria: Interrupt

La CPU e la Memoria

• La CPU (Central Processing Unit) possiede uno stato definito dal valore di tutti i suoi registri in un dato momento.
• La comunicazione tra la CPU, la memoria e le periferiche input/output avviene tramite tre tipi di bus: bus dati, bus indirizzi e bus controllo.

Interrupt

• Le interrupt sono segnali asincroni che segnalano alla CPU eventi esterni, come la pressione di un tasto sulla tastiera.
• Ogni interrupt è associata a una linea di richiesta di interrupt (IRQ) numerata.
• Quando un'interrupt viene rilevata, la CPU interrompe l'esecuzione del programma corrente per gestire l'evento.
• La gestione di un'interrupt prevede le seguenti fasi:
  • Rilevamento dell'interrupt attiva.
  • Lettura dell'Interrupt Vector Table (IVT) per ottenere l'indirizzo del codice di gestione dell'interrupt.
  • Memorizzazione dello stato corrente del programma in esecuzione.
  • Modifica del registro PC per puntare al codice di gestione dell'interrupt.
  • Esecuzione della routine di gestione dell'interrupt (ISR).

IPC (Inter-Process Communication)

• Le message queue in Linux sono utilizzate per la comunicazione tra processi.
• Le funzioni ftok(), msget(), msgsnd() e msgrcv() sono utilizzate per creare, ottenere l'accesso a, inviare e ricevere messaggi attraverso la coda.

Segnali

• I segnali sono un tipo di IPC utilizzato dal sistema operativo per comunicare con i processi.
• Ogni segnale è associato a un nome e a un numero, ad esempio SIGKILL ha il numero 9.
• I segnali possono essere sincroni o asincroni.
  • I segnali sincroni sono generati dal flusso di esecuzione del programma, ad esempio SIGSEGV per accessi illegali alla memoria.
  • I segnali asincroni sono generati da eventi esterni al processo, ad esempio SIGINT per l'interruzione con CTRL+C.
• Un processo può ignorare, gestire o bloccare i segnali.

Scheduling

• Lo scheduler è il componente del sistema operativo che decide quale processo deve essere eseguito sulla CPU in un dato istante.
• Gli algoritmi di scheduling puntano a massimizzare l'utilizzo della CPU, il throughput e il tempo di risposta, e a minimizzare il tempo di attesa.
• Gli algoritmi di scheduling possono essere con o senza prelazione.
  • La prelazione permette al sistema operativo di interrompere l'esecuzione di un processo.
  • Gli algoritmi senza prelazione interrompono l'esecuzione di un processo solo quando termina o quando è in attesa di un evento.

Concetti di CPU Burst e I/O Burst

• Un CPU burst si verifica quando un processo esegue operazioni sulla CPU.
• Un I/O burst si verifica quando un processo è in attesa per richieste I/O.
• I burst più frequenti sono quelli di media durata.

FCFS (First Come First Served)

• L'algoritmo FCFS è il più semplice per lo scheduling dei processi.
• I processi sono inseriti in una coda (ready queue) secondo l'ordine di arrivo e vengono elaborati uno alla volta senza prelazione.
• I processi vengono riinseriti in coda dopo l'esecuzione di un I/O burst.

Semafori

• I semafori sono strutture dati utilizzate per sincronizzare l'accesso a risorse condivise tra processi o thread.
• I semafori possono essere utilizzati per implementare la mutua esclusione o per sincronizzare le attività.
• Le primitive atomiche wait() e signal() sono utilizzate per gestire i semafori.

Semafori POSIX

• Il kernel di Linux fornisce system call per implementare i semafori nei programmi C/C++.
• Esistono due tipi di semafori POSIX: semafori con nome (named) e semafori senza nome (unamed).
• Le primitive POSIX sono:
  • sem_open(), per creare un semaforo named.
  • sem_init(), per creare un semaforo unamed.
  • sem_wait() e sem_trywait(), per implementare l'operazione atomica di wait().
  • sem_post(), per implementare l'operazione atomica di signal().

Allocazione della Memoria

• I processi sono generalmente allocati in modo contiguo in memoria.
• Esistono diversi metodi di allocazione contigua: first-fit, best-fit e worst-fit.
• La frammentazione esterna si verifica quando l'allocazione e la deallocazione di processi creano frammenti inutilizzabili in memoria.
• La frammentazione interna si verifica quando uno slot di memoria allocato per un processo non viene utilizzato completamente.

Paging

• I sistemi operativi moderni utilizzano il paging per gestire l'allocazione della memoria.
• La memoria è suddivisa in pagine di dimensione fissa.
• Il paging elimina l'ipotesi di allocazione contigua e permette una gestione più efficiente della memoria.

Questo quiz esplora il funzionamento della CPU e della memoria, focalizzandosi sulle interruzioni e sulla loro gestione. Scoprirai come la CPU comunica con la memoria e le periferiche attraverso i bus e l'importanza delle interruzioni nel processo di esecuzione del programma. Metti alla prova le tue conoscenze su questi argomenti cruciali dell'informatica.