Sistemi Operativi e Funzioni

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Questions and Answers

Qual è il ruolo principale di un sistema operativo in un computer?

Controllare esclusivamente i dispositivi di input

Proteggere il sistema dalle infezioni virus

Fornire un'interfaccia utente grafica

Gestire le risorse hardware e software (correct)

Perché le due esecuzioni dello stesso programma in terminali diversi non interferiscono fra loro?

Perché c'è un sistema operativo che gestisce l'accesso alle risorse (correct)

Perché i terminali sono isolati dall'hardware

Perché ci sono due sistemi operativi in esecuzione

Perché ogni programma utilizza sempre processori diversi

Quale dei seguenti sistemi operativi è basato su Linux?

Ubuntu 22.04 LTS (correct)

macOS 13 Ventura

Windows 11

iOS

Quale componente hardware non è gestito direttamente da un sistema operativo?

Apparecchiature di proiezione Signup and view all the answers

Cosa si intende per 'programmi che devono basarsi sul sistema operativo'?

Programmi che utilizzano le funzioni fornite dal sistema operativo Signup and view all the answers

Quanti CFU si ottengono superando ciascun modulo del corso di Sistemi Operativi?

6 CFU Signup and view all the answers

Qual è la verbalizzazione finale su Infostud dopo aver superato entrambi i moduli?

Media aritmetica dei voti Signup and view all the answers

Cosa succede se si supera solo lo scritto del primo modulo e non si è completato il secondo modulo?

Verbalizzazione come 'Rinuncia' Signup and view all the answers

Quante prove possono essere previste per ciascun modulo?

Più di una prova per modulo Signup and view all the answers

Quando sarà possibile verbalizzare gli esami per chi è al secondo anno?

Non prima di giugno Signup and view all the answers

Qual è la principale differenza tra i due moduli del corso di Sistemi Operativi?

Sono insegnati da docenti diversi Signup and view all the answers

Quante sessioni di esame ci sono per chi deve sostenere il corso di Sistemi Operativi?

Due sessioni per modulo Signup and view all the answers

Qual è la verbalizzazione su Infostud a gennaio e febbraio, indipendentemente dal superamento degli esami?

Rinuncia Signup and view all the answers

Quale registro mantiene l'indirizzo della prossima istruzione da prelevare?

PC Signup and view all the answers

Quale delle seguenti categorie di istruzioni NON include la manipolazione di dati?

Controllo Signup and view all the answers

Cosa succede al PC dopo ogni prelievo di istruzione?

Viene incrementato Signup and view all the answers

Qual è la funzione del Memory Address Register (MAR)?

Contenere l'indirizzo della prossima operazione di lettura/scrittura. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni riguardo le interruzioni è corretta?

Possono essere sia sincrone che asincrone Signup and view all the answers

In quale caso il registratore delle istruzioni (IR) è utilizzato?

Quando l'istruzione viene prelevata dalla memoria Signup and view all the answers

Quale dei seguenti registri contiene i dati da scrivere in memoria?

Memory Buffer Register Signup and view all the answers

Quale registro contiene l'indirizzo di un'istruzione da prelevare dalla memoria?

Program Counter Signup and view all the answers

Quale opzione descrive meglio la funzione delle interruzioni asincrone?

Interrompono il flusso di esecuzione per input/output Signup and view all the answers

Cosa avviene se un'istruzione contiene un salto (jump)?

Il PC subisce una modifica in base all'istruzione Signup and view all the answers

Che cosa rappresentano i codici di condizione (o flag) nel contesto del processo di esecuzione?

Mostrano lo stato corrente delle operazioni. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti funzioni NON è associata alle operazioni riservate di un processore?

Operazioni aritmetiche Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale del Program Status Word (PSW)?

Contenere le informazioni di stato del programma. Signup and view all the answers

Cosa sono i registri-indice?

Registri utilizzati per calcolare indirizzi nuovi. Signup and view all the answers

Cosa indica il registro esp in un'architettura MIPS?

La cima dello stack. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni sui registri di I/O è falsa?

I registri di I/O non interagiscono con la memoria. Signup and view all the answers

Qual è lo scopo principale del time sharing?

Minimizzare il tempo di risposta Signup and view all the answers

Quale problema può sorgere nella multiprogrammazione dei processi?

Esecuzione non deterministica Signup and view all the answers

Che cosa rappresenta un processo?

Un'unità di attività con risorse associate Signup and view all the answers

Quale tra i seguenti è un risultato importante della storia dei sistemi operativi?

Gestione della memoria Signup and view all the answers

Qual è uno degli scopi della protezione dell'informazione?

Garantire l'autenticità degli utenti Signup and view all the answers

Quale descrizione non rappresenta correttamente il kernel microkernel?

Mette tutto il kernel in memoria dal boot Signup and view all the answers

Cosa implica la pianificazione delle risorse in un sistema operativo?

Massimizzazione dell'uso delle risorse Signup and view all the answers

Quando è emersa la multiprogrammazione?

Negli anni Cinquanta/Sessanta Signup and view all the answers

Quale tra i seguenti è un metodo attuale di gestione della memoria?

Paginate e blocchi Signup and view all the answers

Qual è una fondamentale difficoltà della multiprogrammazione?

Deadlock Signup and view all the answers

Cosa caratterizza la struttura a livelli di un sistema operativo?

Una decomposizione in sottoproblemi più semplici Signup and view all the answers

Quale non è una funzione principale della gestione della memoria?

Sicurezza fisica dei dati Signup and view all the answers

Cosa accade durante un'interruzione nel ciclo fetch-execute?

Viene eseguita una funzione gestore delle interruzioni. Signup and view all the answers

Quali informazioni vengono normalmente salvate dall'hardware durante un'interruzione?

Registro di stato e program counter. Signup and view all the answers

Cosa succede al program counter dopo che un'interruzione viene gestita?

Ritorna all'indirizzo N + 1 o all'indirizzo N in caso di fault correggibile. Signup and view all the answers

Qual è la caratteristica principale dell'I/O programmato?

Il processore controlla continuamente lo stato fino al completamento. Signup and view all the answers

Qual è un vantaggio dell'I/O da interruzioni rispetto all'I/O programmato?

Non richiede supervisione continua del processore. Signup and view all the answers

Cosa caratterizza l'accesso diretto in memoria?

I dati vengono trasferiti direttamente tra dispositivi di I/O e memoria. Signup and view all the answers

Quale affermazione è vera riguardo alla multiprogrammazione?

Le priorità e lo stato di I/O influenzano la sequenza di esecuzione dei programmi. Signup and view all the answers

Qual è la funzione della memoria cache?

Fornire una velocità di accesso maggiore rispetto alla memoria principale. Signup and view all the answers

Cosa implica la gerarchia della memoria nei computer?

Diminuzione della capacità con l'aumento della velocità. Signup and view all the answers

Cosa succede quando un programma si interrompe per gestire un'interruzione?

Il contesto del programma viene salvato dal processore. Signup and view all the answers

Che cos'è l'interrupt handler?

Una funzione specificamente progettata per gestire interruzioni. Signup and view all the answers

Quale di queste affermazioni è vera riguardo alla memoria secondaria?

Memorizza file permanenti e non volatile. Signup and view all the answers

In che modo il processore gestisce la cache?

È gestita automaticamente dal hardware della CPU. Signup and view all the answers

Study Notes

Introduzione ai Sistemi Operativi

Il modulo I, secondo canale, del corso di laurea in informatica, tratta le nozioni di base dei sistemi operativi.
Il corso è totalmente in presenza.
Il corso è diviso in due moduli indipendenti (modulo 1 e 2), affrontati in semestri diversi.
Il modulo 1 si tiene nel primo semestre, mentre il modulo 2 nel secondo.
Ogni modulo ha 6 crediti formativi universitari (CFU).
I docenti dei due moduli sono diversi.
L'esame di Sistemi Operativi è unico ma si compone di due prove separate, con regole differenti, per il superamento di ciascun modulo.
Le date degli esami per i moduli sono diverse.
Per poter verbalizzare l'esame, è necessario superare entrambi i moduli.
Il voto finale è la media aritmetica dei voti dei due moduli.
Le regole per gli esami straordinari sono diverse da quelle degli esami normali e sono specificate nel materiale didattico.

Informazioni Generali sul Corso

Il corso di Sistemi Operativi ha 12 CFU.
È un corso obbligatorio per gli studenti di Informatica, sia in presenza che a distanza (teledidattica)
Il corso in presenza si svolge in 2 canali diversi.
Gli studenti del secondo canale si esamineranno con il docente Fabio De Gaspari.
Gli studenti del primo canale si esamineranno con il Prof. Tolomei.
Le uniche eccezioni ai canali sono per i cambi di canale ufficiali.
Studenti in teledidattica si esamineranno con il docente assegnato al corso.
Gli esami per gli studenti in presenza e a distanza si svolgeranno in contemporanea.
Sistemi Operativi è un corso a due "facce", suddiviso in due moduli separati per quanto concerne le lezioni e le modalità di esame.
L'esame verbalizzato vale 12 CFU.
I moduli possono essere superati in qualsiasi ordine, ma la data entro cui completare la prima e seconda parte dell'esame dovrà essere rispettata.
Gli studenti che hanno completato il corso potranno verbalizzare i voti entro l'anno successivo, a fine semestre.

Regole per gli Esami

Gli appelli d'esame sono composti di una prova scritta e sono divisi in due parti.
La prima parte si compone di domande a risposta multipla.
La seconda parte è costituita da domande aperte.
Per accedere alla seconda parte, è necessario ottenere almeno l'80% del punteggio massimo nella prima parte.
L'esame scritto si compone di 25 domande a risposta multipla, da svolgere in 30 minuti.
Ogni domanda ha 4 opzioni, di cui solo una corretta.
Il punteggio per le domande a risposta multipla è di 1 punto per ogni risposta corretta.
Il punteggio per le domande aperte varia in base al numero di risposte corrette.
L'esame in presenza si svolge al computer.
Se ci sono troppi iscritti, vengono formati più turni, ciascuno della durata di un'ora circa.
La correzione dello scritto è su richiesta.
Per partecipare agli esami straordinari, è necessario seguire le istruzioni pubblicate nel sito.
Per gli esami normali, la prenotazione è necessaria e sufficiente.

Cosa Verrà Insegnato in Questo Corso

Il corso si concentra sul funzionamento dei computer.
Si approfondiranno le tematiche inerenti la memoria, i registri e i dispositivi di input/output, le interruzioni, la cache e la multiprogrammazione.
Si spiegherà come un computer accetta ed elabora i dati, come vengono svolti i calcoli e come avviene la comunicazione.

Nozioni di Base: Parti Principali

Il processore è il cervello del computer, responsabile di tutte le computazioni.
La memoria principale (volatile) memorizza il contenuto attivo.
I moduli di input/output gestiscono le interazioni con i dispositivi esterni.
Il bus è il mezzo che permette la comunicazione tra le diverse parti del computer.

Registri del Processore

I registri visibili dall'utente servono a contenere dati o indirizzi
per le istruzioni macchina vengono utilizzati registri-indice, contenenti dati di indirizzi base o di inizio segmento
I registri di controllo e di stato sono utilizzati dal processore per il controllo del suo utilizzo.
I registri interni sono utilizzati dal processore per comunicare con la memoria ed i dispositivi di input/output.

Registri Visibili dall'Utente

Alcuni esempi di registri visibili dall'utente in linguaggio macchina.
Il funzionamento dei registri-indice e puntatori diretti, per l'indirizzamento degli indirizzi effettivi.
Il funzionamento dei registri nella PlayStation (MIPS)
Il funzionamento dei registri in architettura x86

Registri Interni

MAR (Memory Address Register): contiene l'indirizzo di una locazione di memoria da leggere o scrivere.
MBR (Memory Buffer Register): contiene i dati che devono essere letti o scritti in memoria.
I/O address register: contiene l'indirizzo del dispositivo di I/O.
I/O buffer register: contiene i dati che devono essere inviati o ricevuti dal dispositivo di I/O.

Registri di Controllo e Stato

I registri di controllo e stato sono registri contenuti nel processore.
Essi contengono il PC (Program Counter), che tiene traccia dell'istruzione successiva da eseguire.
L'IR (Instruction Register) contiene l'istruzione corrente.
Il PSW (Program Status Word) contiene informazioni sullo stato del processore, come lo stato dei flag (es. risultato di un'operazione, interrupt abilitati/disabilitati).
I flag sono singoli bit utilizzati per memorizzare i risultati di un'operazione o altri dettagli sulle condizioni correnti del processore, come se un'interruzione sia stata abilitata o meno.

Esecuzione di Istruzioni

L'esecuzione delle istruzioni avviene in due fasi principali:
Fetch Stage: prelievo dell'istruzione dalla memoria.
Execute Stage: esecuzione dell'istruzione.

Prelievo ed Esecuzione di Istruzioni

In sintesi, il processore preleva le istruzioni dalla memoria principale, mantiene traccia dell’indirizzo della prossima istruzione da prelevare e incrementa il PC dopo ogni prelievo. In caso di un’istruzione jump, il PC viene modificato dall’istruzione stessa e in questo modo vengono svolte le azioni specifiche.

Registro dell'Istruzione

Il registro dell'Istruzione (IR) conserva l'istruzione prelevata.
Le categorie di istruzioni includono quelle per lo scambio dati, la manipolazione di dati, e il controllo.
Le istruzioni aritmetiche potrebbero essere eseguite direttamente nella memoria (ad esempio, sulle RAM nel processore x86).

Caratteristiche di una Macchina Ipotetica

Descrizione di un formato standard di istruzioni (opcode e indirizzo) per le istruzioni di una macchina ipotetica.
Descrizione di un formato standard per numeri interi (b).
Descrizione dei registri interni alla CPU della macchina.
Descrizione di un elenco parziale di opcode per la macchina.

Esempio di Esecuzione di un Programma

Esempio di uno scenario di esecuzione di un programma per una macchina ipotetica, dove vengono mostrate le modifiche a memoria e ai registri.

Interruzioni

Il paradigma hardware/software interagisce tramite le interruzioni, che interrompono la normale esecuzione sequenziale del processore.
Le interruzioni possono essere sincronizzate (o asincrone).
Le interruzioni di programma sono causate da overflow, divisione per zero o altri errori.
Le interruzioni asincrone sono causate da dispositivi di I/O, fallimenti hardware, timer e altre circostanze.
L'handler di un'interruzione è una routine specifica che si occupa di gestire il processo di interruzione.

Interruzioni Asincrone vs. Sincrone

Le interruzioni sincronizzate sono quelle le cui cause sono direttamente correlate con l'istruzione corrente, mentre quelle asincrone sono causate da altri eventi o condizioni che non sono direttamente relazionate con l'esecuzione di un’istruzione.

Classi di Interruzioni Asincrone

Interruzioni di input/output
Interruzioni di fallimento HW
Interruzioni da comunicazione tra CPU
Interruzioni da timer

Classi di Interruzioni Sincrone

Overflow
Divisione per zero
Debugging
Riferimento ad indirizzo di memoria non valido
Errore nell'esecuzione di un'istruzione
Operazione non supportata
Chiamata a system call

Interruzioni ed Istruzione di Ritorno

Il funzionamento dei diversi tipi di interruzione, ed i meccanismi di ritorno a seguire l’attività.
Cause di fault, abort, ecc.

Fase di Interruzione

Spiegazione dei cicli fetch-execute in cui vengono gestite le interruzioni.
Quando un'interruzione si verifica, il programma corrente viene sospeso e viene eseguita una routine interrupt-handler.

Interruzioni: Trasferimento del Controllo

Un interrupt handler è una subroutine specializzata nel programma che è deputata a gestire un'interruzione, essa è eseguita dal sistema operativo e non dal programma utente

Interruzioni: Modifiche a Memoria e Registri

Le modifiche apportate alla memoria ed ai registri durante l'esecuzione dell'interrupt handler.

Interruzioni Disabilitate

La fase di fetch-execute in cui vengono disabilitate le interruzioni.

Interruzioni: Sequenziali ed Annidate

Interruzioni sequenziali ed annidate: i meccanismi di funzionamento di una sequenza o di un'attività annidata di interrupted.

1/O Programmato

In sintesi, il modo più vecchio di fare I/O, dove l’azione viene svolta direttamente dal modulo di I/O e il processore aspetta fino al completamento dell’operazione. (senza interrompersi).

I/O da Interruzioni

Il processore viene interrotto quando il modulo I/O è pronto a scambiare dati.
Il processore salva il suo stato attuale e controlla il modulo I/O, eseguendo l'operazione richiesta.

Programma: Flusso di Controllo

Rappresentazione grafica dei flussi di controllo in scenari con/senza interruzioni di tipo I/O.

Accesso Diretto in Memoria (DMA)

Descrizione della tecnica DMA per trasmettere blocchi di dati alla volta tra la memoria principale e i dispositivi di I/O.
Spiega il funzionamento della tecnica e le sue implicazioni sulla gestione delle I/O.

Multiprogrammazione

Il processore può eseguire contemporaneamente diversi programmi.
Gestione dei compiti in sequenza e dei tempi di attesa.

Esempio

Un esempio di diversi job, con loro durata, dimensioni della memoria necessaria e se richiedono teriminale o stampante.

Istogrammi di Utilizzo

Grafici che mostrano l'utilizzo del processore, memoria, disco, terminale e stampante a livello uniprogammazione e multiprogammazione.

Uso del Processore

Valori di Throughput, Tempo di risposta e Percentuale di utilizzo del processore per uniprogramming e multiprogramming.

Letteralmente "condivisione di tempo".
Gestione contemporanea e interattiva di più jobs.
Il tempo del processore è condiviso tra vari utenti.

Differenze tra i sistemi batch e time-sharing in termini di scopo principale (massimizzare l’uso del processore e minimizzare il tempo di risposta rispettivamente) e provenienza delle direttive al sistema operativo (comandi relativi al job-control language nei sistemi batch e da terminale nei time-sharing).

Storia dei Sistemi Operativi

Cronologia dell’evoluzione dei sistemi operativi, da computer seriali, ai batch, alla multiprogrammazione, ai time-sharing fino ai giorni nostri.

Storia dei Sistemi Operativi: Risultati più Importanti

Riassunto dei concetti principali che hanno portato a dei miglioramenti nella struttura e nelle funzionalità dei sistemi operativi.

Dal Job al Processo

Introdizione del processo come concetto più recente, sviluppato per unificare diversi concetti come job non-interattivi e interattivi.
Presentazione transazionale real-time come un altro tipo di job.

Multiprogrammazione dei Processi: Difficoltà

Descrizione delle difficoltà legate alla gestione di più processi contemporaneamente.

Gestione della Memoria

Descrizione dei compiti legati alla gestione della memoria, incluso l’isolamento, la protezione e la gestione automatica di allocazione e deallocazione.
Presentazione delle tecnologie della memorizzazione a lungo termine, come paginazione e memoria virtuale.

Protezione dell'Informazione e Sicurezza

Descrizione delle problematiche legate alla sicurezza e protezione dei dati includendo le responsabilità riguardanti la privacy, la disponibilità e l'autenticità dei dati.

Pianificazione e Gestione delle Risorse

Concetti chiave relativi alla pianificazione e gestione delle risorse, come l'equità, la velocità di risposta e l’efficienza a seconda delle caratteristiche del processo.

Elementi Principali di un Sistemi Operativo

Rappresentazione grafica dei moduli fondamentali presenti all'interno di un sistema operativo.
Descrizione e funzione dei componenti.

Struttura del Sistema Operativo

Il sistema operativo è strutturato a livelli gerarchici con l'obiettivo di suddividere le responsabilità di gestione e funzionalità.
Descrizione generale dell’approccio a livelli.

Livelli

Descrizione dei livelli presenti in un sistema operativo in base al livello di astrazione.

Livelli: Multiprogrammazione

Descrizione dei livelli specifici con riferimento alla multiprogrammazione.

Livelli: Dispositivi Esterni

Spiegazione dei livelli del sistema operativo che si occupano dei dispositivi esterni, dalle comunicazioni tra i processi alla gestione dei file e le interfacce utente.

Architettura di UNIX

Schema gerarchico dell’architettura dei sistemi Operativi UNIX

Kernel Tradizionale di UNIX

Componenti del kernel tradizionale UNIX, che include i suoi sottoinsiemi come la gestione della memoria e dei file.

Kernel Moderno di UNIX

Componenti del kernel moderno UNIX, con funzioni e sottoinsiemi.

Kernel Moderno di Linux

Descrizione del kernel monolitico e microkernel di Linux, con riferimento alle sue caratteristiche ed implementazione.

In questo corso...

Sintesi dei contenuti del corso in relazione ai vari moduli (gestione dei processi, gestione della memoria...).

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