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Ecco gli appunti di studio dettagliati:

• Il capitolo 7 riguarda le infrastrutture software, concentrandosi sui sistemi operativi e sulla loro gestione delle risorse.

Sistema Operativo

• ' Insieme complesso di programmi essenziali per la gestione delle risorse fisiche di un sistema informatico.
• Può includere utilità come calcolatrici e blocchi note.
• L'utente interagisce con il sistema informatico attraverso il sistema operativo, visto come un fornitore di servizi.
• Ogni servizio offerto corrisponde all'esecuzione di uno o più programmi specifici.
• Ha una natura infrastrutturale, motivo per il quale viene definito software di sistema o di base.

Funzioni del Sistema Operativo

• Rende utilizzabili le risorse fisiche del sistema informatico.
• Garantisce correttezza e precisione.
• Assicura disponibilità ovunque e in qualsiasi momento.
• Offre affidabilità, disponibilità e sicurezza dei sistemi.
• Protegge la privatezza dei dati.
• Promuove l'interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori.
• Mitiga i problemi derivanti dalla limitazione delle risorse.
• Può essere considerato uno strumento che virtualizza l'hardware, fornendo una visione astratta, più potente e semplice, rispetto alla sua effettiva disponibilità fisica.

Funzionalità del SO

• Il sistema operativo (SO) funge da gestore delle risorse, controllando e gestendo in modo efficiente tutte le risorse del calcolatore.
• Il SO tiene traccia di chi utilizza le risorse.
• Il SO accetta e soddisfa le richieste di utilizzo di una risorsa.
• Il SO funge da mediatore in caso di conflitti tra risorse.
• Il SO funge da macchina estesa, costituendo la base per lo sviluppo di programmi applicativi.
• Il utente interagisce con una macchina estesa più semplice da programmare rispetto all'hardware sottostante.

Funzioni di Servizio del SO

• Controllo dell'esecuzione di applicazioni.
• Accesso ai dispositivi di ingresso/uscita.
• Archiviazione di dati e programmi.
• Controllo di accesso.
• Contabilizzazione.
• Gestione dei malfunzionamenti.

Vantaggi di un Sistema Operativo

• Definire modalità standard di interfaccia con i dispositivi fisici.
• Ciò agevola lo sviluppo di programmi modulari, semplici e indipendenti dallo specifico calcolatore su cui opera il sistema operativo.
• Consente aggiornamenti trasparenti del software di base e dell'hardware, senza influenzare i programmi applicativi o l'utente.

Visioni Fornite dal SO

• Dall'alto, offre un'interfaccia utente conveniente.
• Dal basso, gestisce e alloca in modo ordinato le risorse della macchina, come processori, memorie, dischi, interfacce di rete e periferiche.

Ruolo del SO

• Il SO si posiziona come intermediario necessario tra software applicativo e hardware.
• SW (Software) = Sistema Operativo + SW applicativo

Elementi di un SO

• Sistema di gestione del processore.
• Sistema di gestione della memoria.
• Sistema di gestione delle periferiche.
• Sistema di gestione dei file (file system).
• Sistema di gestione degli utenti e dei relativi comandi (interprete comandi).
• Sistema di gestione della rete.

SO vs Applicazioni

• I programmi applicativi hanno accesso a un insieme limitato di risorse e possono utilizzare solo un sottoinsieme delle istruzioni del processore in modalità utente.
• I programmi applicativi non possono decidere autonomamente quando e come accedere alle risorse.
• Il sistema operativo ha accesso a tutte le risorse e può utilizzare tutte le istruzioni del processore in modalità supervisore.
• Il sistema operativo stabilisce l'ordine e la modalità in cui soddisfare le richieste ricevute.

Multiprogrammazione

• Tecnica che permette l'esecuzione concorrente di più processi.

Processo vs Programma

• Programma è un'entità statica, codice eseguibile.
• Un processo è un'entità dinamica, un programma in esecuzione composto da codice, dati e lo stato corrente.

Organizzazione di un SO

• Organizzazione gerarchica di "macchine virtuali".
• La visione della macchina virtuale a un determinato livello è quella fornita dall'hardware e dagli strati del SO fino a quel livello.

Organizzazione a "Strati"

• Ogni macchina virtuale è un insieme di programmi che implementa funzionalità utilizzando servizi di livello inferiore.
• Ogni macchina virtuale gestisce risorse specifiche di sistema, regolandone l'uso e mascherandone i limiti.
• I meccanismi che garantiscono la correttezza logica sono separati dalle politiche di gestione per maggiore flessibilità.
• Ogni strato risolve un problema specifico.

Nucleo (Kernel)

• È un componente del SO che interagisce direttamente con l'hardware.
• Si occupa dell'esecuzione dei programmi e della gestione degli eventi generati dalle periferiche.
• Gestisce i processi, i corrispettivi dei programmi attivi contemporaneamente.
• Offre virtualizzazione delle unità di elaborazione, ciascuna dedicata a un processo in memoria.
• Gestisce il contesto di esecuzione dei processi.
• Implementa politiche di scheduling per l'accesso alla CPU.

Nucleo: Macchina Astratta

• Il nucleo presenta un'astrazione dell'hardware, gestendo la memoria di lavoro, memoria di massa, video/tastiera, e le interfacce I/O.

Gestore della Memoria

• Gestisce la memoria centrale in modo efficiente e trasparente per i processi.
• Fornisce a ciascuno spazio di indirizzamento virtuale, indipendentemente dalla memoria fisica occupata.
• Protegge i programmi e i dati, maschera la collocazione fisica e permette sovrapposizioni controllate degli spazi di memoria.
• Offre l'illusione di una memoria dedicata, anche superiore alla disponibilità fisica.

Gestore Memoria: Macchina Astratta

• Il gestore della memoria crea un'astrazione della memoria, consentendo ai processi di operare in spazi di memoria logici.

Gestore delle Periferiche

• Il gestore delle periferiche fornisce astrazioni per l'interazione dei processi con le periferiche.
• Maschera le specifiche fisiche e le operazioni di ingresso/uscita.
• Ogni processo ha a disposizione periferiche virtuali.

File System

• Un sistema operativo che organizza e gestisce i dati in memoria di massa.
• Funge da astrazione per la gestione dei file.

Funzioni del Gestore di File (File System)

• Gestisce la memoria di massa.
• Anche se la memoria di massa è un'unità periferica, le sue peculiarità richiedono un modulo dedicato nel sistema operativo.
• Gestisce i file, i quali sono contenitori logici per dati e programmi e unità di base per la memorizzazione.
• Ogni file ha nome e accessibilità tramite comandi di alto livello, rendendo le operazioni trasparenti all'utente.
• Definisce i diritti di accesso ai file.

Interprete dei Comandi

• Modulo del sistema operativo direttamente accessibile dall'utente.
• Interpreta i comandi che gli vengono forniti (via tastiera o interfaccia grafica) e avvia i programmi associati.
• Le operazioni includono la lettura del programma dalla memoria di massa, l'allocazione della memoria centrale, il caricamento del programma e dei dati e l'attivazione del processo.

Il Middleware

• Insieme di librerie standardizzate che possono essere considerate uno strato del SO.
• Facilita lo sviluppo di software applicativo.
• Funge da macchina virtuale, consentendo l'esecuzione indipendente dalla piattaforma HW/SW.
• Nel caso di sistemi distribuiti, supera i limiti fisici della macchina.
• Esempi: Sun Java Runtime Environment, Microsoft .NET, CORBA.

Elaborazione Parallela

• Si riferisce specificamente a dati, istruzioni e programmi.
• Richiede architetture di elaborazione parallela e linguaggi di programmazione adeguati.
• Influisce sui sistemi operativi.
• Implica efficienza, interattività e sincronizzazione/cooperazione.

SO in Time Sharing

• Il time-sharing permette la condivisione della CPU tra più processi interattivi.
• Il tempo di esecuzione del processore viene condiviso tra più utenti.
• Ogni processo riceve una porzione di tempo CPU prima di essere sospeso.

Esecuzione di un Processo

• Un processo utente viene eseguito sulla CPU.
• Le operazioni di I/O consistono in chiamate al sistema operativo e sospendono il processo utente.

Stati di un Processo

• Processo Attivo: il processo è in esecuzione.
• Processo in Attesa: il processo è in attesa di un'operazione di I/O.

Processi Non in Esecuzione

• Distinzione tra processi in attesa di un evento esterno/I/O e processi pronti in attesa della CPU.
• Si realizzano con due code separate: PRONTO e ATTESA.

Diagramma a Tre Stati

• Descrive le transizioni tra gli stati di PRONTO, ESECUZIONE, e ATTESA.

Transizioni di Stato

• Pronto → Esecuzione: Il SO decide quale processo pronto mandare in esecuzione, bilanciando efficienza e fairness.
• Esecuzione → Attesa: Il processo richiede risorse non disponibili o attende un evento. Il SO salva lo stato del processo.
• Attesa → Pronto: Si verifica l'evento atteso e il SO sposta il processo nella coda dei processi pronti.
• Esecuzione → Pronto: Termina il quanto di tempo e il processo "lascia spazio" a un altro processo "pronto", il SO salva tutte le informazioni per riprendere l'esecuzione.

Modalità User e Modalità Kernel

• I processi possono essere eseguiti in modalità kernel (per servizi del sistema operativo) o user (per applicazioni).
• Esistono transizioni tra esecuzione user e kernel e viceversa.

Round Robin

• Algoritmo di scheduling che assegna una quantità fissa di tempo a ogni processo in coda.

Concorrenza tra Processi

• Vantaggi: utilizzo efficiente della CPU, parallelismo, condivisione di risorse.
• Problemi:
  • Starvation: un processo non riesce ad accedere a una risorsa sempre occupata.
  • Blocco critico: stallo reciproco tra processi.
  • è importante evitare o risolvere blocchi critici o starvation.

Interazioni tra Processi

• Classificabili in desiderate e impreviste.
• Richiedono sincronizzazione e comunicazione.
• Modalità di funzionamento: in foreground (interazione con l'utente) o in background (funzioni interne).

Organizzazione Client-Server

• Obiettivo: minimizzare le dimensioni del nucleo.
• Questo comporta lo spostamento di alcune componenti del sistema verso gli strati applicativi.
• Funzionalità estranee al nucleo = servizi di processi server.

Vantaggi della Struttura Client-Server

• Indipendenza fisica tra client e server, anche su macchine diverse.
• Possibilità di specializzare l'interfaccia client.
• Aggiornamenti trasparenti del server.
• Riduzione della manutenzione del software.

Microkernel

• Struttura in cui al kernel sono assegnate solo poche funzioni essenziali: gestione della memoria, comunicazione tra processi (IPC) e funzioni base di gestione della CPU (scheduling).
• I servizi del SO sono forniti da processi trattati come tutte le altre applicazioni.

Modelli Ibridi

• Integrazione di paradigmi basati su dati condivisi e comunicazione di messaggi (client-server).
• Multithreading utile per applicazioni con compiti indipendenti.
• Microkernel e multithreading usati congiuntamente nello sviluppo di AD e sistemi operativi distribuiti.

La gestione della memoria

• Le tecniche di gestione della memoria servono a conciliare lo spazio di memoria fisica limitato con le richieste dei programmi.

Gestore della Memoria

• Applica tecniche per gestire il conflitto tra la dimensione della memoria fisica e lo spazio complessivo richiesto dai programmi.
• Combina le strategie: caricamento a partire da un indirizzo qualunque, tenuta in memoria solo di una porzione dei programmi e dati, condivisione di istruzioni.
• Garantisce e protegge uno spazio di indirizzamento virtuale per i processi.

La Rilocabilità del Codice

• È il processo di adattamento degli indirizzi di memoria di un programma al momento del caricamento in memoria.
• È necessario sommare un valore di spiazzamento a tutti gli indirizzi nel programma.

Swapping

• Il sistema sposta interi processi tra la memoria principale e il disco rigido per liberare spazio e gestire la concorrenza tra più processi.

Paginazione

• Frammentazione della memoria in blocchi (pagine) di dimensione fissa.
• Lo spazio di indirizzamento del processo è suddiviso in sezioni fisse (pagine logiche), e lo spazio fisico è suddiviso anch'esso in pagine fisiche.
• Si basa sul principio di località spazio-temporale.
• Il caricamento avviene solo per le pagine logiche necessarie all'esecuzione.

Memory Management Unit (MMU)

• Hardware per la conversione degli indirizzi logici in fisici.
• La MMU si serve di una tabella delle pagine per tradurre gli indirizzi logici in fisici.
• Connette gli indirizzi logici a quelli fisici.

La Paginazione Risolve Contemporaneamente Tre Problemi:

• L'assegnazione di processi nella memoria.
• Gestire il numero di processi.
• Superare la dimensione fisica della memoria di lavoro.

Gestione Periferiche I/O

• Per gestire la comunicazione tra l'ambiente CPU-RAM ed i dispositivi esterni.
• Ha lo scopo di mascherare l'esistenza di un numero limitato di risorse.
• Altresì, mascherara la differenza tra risorse dello stesso tipo.
• Si interfaccia attraverso comandi ad alto livello e l'uso di controller e driver.
• Aggiunta o modifica alla configurazione standard comporta l'installazione di software addizionale (driver aggiuntivi).
• Plug&Play (PnP): i sistemi operativi configurano automaticamente i driver
• Spooling : I driver servono anche a virtualizzare la presenza di più periferiche intrinsecamente non condivisibili.

Gestione Memoria di Massa

• Il suo obiettivo è quello di presentare all'utente l'organizzazione logica dei dati.
• Offre recupero, eliminazione dati, modifica/aggiornamento, copia.
• Operazioni di base vengono forniti ai programmi applicativi e agli utenti.

File System

• Ogni file contiene contiene informazioni (dati o istruzioni) per la conservazione dopo la terminazione del processo che lo ha generato.
• Per ogni file si identificano:nome.estensione, Periferica, data creazione, dimensione, posizione e altre informazioni.

File

• I nomi dei file sono in genere composti da due parti (nome e estensione).
• I sistemi operativi pongono dei vincoli sulla lunghezza dei filename e sui caratteri di cui possono essere costituiti.
• I file sono organizzati in cartelle (directory) e sottocartelle.

Interfaccia Utente

• L'utente interagisce con i sistemi operativi tramite interfaccia a caratteri o grafiche

Organizzazione Fisica dei Dati

• Per mantenere la corrispondenza tra il nome del file e i blocchi su disco sono di usa la lista concatenata, nei sistemi Windows 95/98 e i-node (e.g. UNIX).

Controlli d'Accesso

• Si associa un account a utente + codice PW.
• Il sistema verifica l'accesso a gli utenti con autorizzazioni e PW corrette.
• Si personalizza il sistema, per esempio distribuendo costi, controllando la visibilità di una parte del sistema.
• Si controlla l'accesso ai file livello di protezione con diritti sulla singola risorsa o con Access Control List

Gestione della Rete

• Virtualizzazione delle risorse.
• Necessario per estendere i processi anche a calcolatori diversi.
• Il software condivide in modo trasparente dati, periferiche e unità di elaborazione.
• In particolare, i sistemi di rete son capaci di gestire le perafiche e i file system.

File System di Rete

• I sistemi operativi offrono una gestione distribuita del file system.
• Un' integrazone in modo organico, gestisco l'univocità dei nomi e consento un accesso efficiente da remoto.
• L'architettura è di tipi client-server.

Organizzazione Client-server

• I client usufruiscon dei sistemi inviando richeista a degli appositi server.
• Il client si fa forte di proprietò di modularità.