Introduzione ai Calcolatori Elettronici...Introduzione ai Calcolatori Elettronici Domenica Sileo...

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A.A. 2013/2014

Introduzione ai Calcolatori

Elettronici

Domenica Sileo Università degli Studi della Basilicata

Aspetti Sistemistici Il Sistema Operativo

+Sommario

n Aspetti Sistemistici n Il Sistema Operativo (SO) n Architettura del SO n Una possibile classificazione n I vari tipi di Sistema Operativo n Programmi per la virtualizzazione dei S.O.

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2 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario

+Il Sistema Operativo

n Con il termine sistema operativo si intende l’insieme di programmi e librerie che opera direttamente sulla macchina fisica n mascherandone le caratteristiche specifiche n e fornendo agli utenti un insieme di

funzionalità di alto livello

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3 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Il Sistema Operativo (SO)

+Il Sistema Operativo (SO)

n Uno degli scopi fondamentali del SO è la gestione efficiente delle risorse di un sistema di calcolo,

n intendendo per risorse il tempo di CPU, la memoria, i dispositivi di I/O etc.

n Nella gestione delle risorse il SO deve dirimere questioni relative alla conflittualità delle richieste sia da parte dei programmi che degli utenti mantenendo sempre alta l’efficienza del sistema

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+Il Sistema Operativo (SO)

n I primi SO erano molto semplici e la loro funzione si riduceva ad eseguire, in sequenza, lotti (batch) di lavoro (job = insieme di lavori)

n Considerazione: un singolo utente non riesce a tenere costantemente impegnata la CPU

n L’idea: far coesistere più lavori in memoria ottimizzando l’utilizzo della CPU

n Nascono i SO batch multi-programmati D. Sileo A.A 2013/2014


+Architettura del Sistema Operativo

n Un moderno S.O. è organizzato secondo una architettura “a strati” (a cipolla)

n Ogni strato implementa una macchina virtuale più potente della precedente n Appoggiandosi alle funzionalità offerte dallo

strato precedente n Tale approccio permette una chiara

separazione tra interfaccia e implementazione delle diverse funzionalità

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6 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO

+Architettura del Sistema Operativo

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7 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO

Macchina fisica

Gestore dei processi (nucleo)

Gestore della memoria

Gestore delle periferiche

Gestore del file system

Interprete dei comandi

Interfaccia grafica

Programmi utente

Gestori di risorse (kernel)

Interfacce utente

+Il Kernel

n Il Kernel contiene componenti software che eseguono n le funzioni di base del computer, il

coordinamento della memoria di massa, n la collocazione dei file tramite cartelle in

strutture dette ad albero, come il file manager

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8 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel

+Il Kernel

n (cont.) è composto da una raccolta di driver di periferica, unità software che comunicano con i controller delle periferiche n Controller: strumento hardware che ha il

compito di comunicare il verificarsi di eventi esterni (dati disponibili, periferica libera, etc.)

n Un ulteriore componente è il memory manager, n che ha il compito di coordinare l’utilizzo della

memoria principale del computer

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9 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel

+Il gestore dei processi

n Si appoggia direttamente sulla macchina fisica ed effettua la gestione dei processi

n In un sistema multitasking realizza una macchina virtuale in cui ad ogni processo è assegnato un processore virtuale

n Realizza le primitive di sincronizzazione e scambio messaggi tra processi

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10 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi

+Il gestore dei processi

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Memoria centrale

Interfaccia delle

periferiche

Bus di sistema

Processore virtuale

Processore virtuale

Processore virtuale

...

Disco

n La macchina virtuale realizzata dal nucleo

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi

Ad ogni processo è assegnato

un processore virtuale

+Il gestore della memoria

n Il gestore della memoria realizza le funzionalità di allocazione della memoria n Supera i limiti della memoria fisica e mostra

ai processi uno spazio di memoria virtuale

n Partiziona la memoria tra i vari processi che la richiedono n Garantendo la protezione delle diverse zone

di memoria

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12 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria


n La memoria centrale deve essere suddivisa tra i vari processi in competizione

n Il sistema operativo deve quindi occuparsi del modo in cui i singoli programmi occupano la memoria, in modo che ogni processo abbia l’illusione di una risorsa di memoria virtualmente infinita

n Infatti la memoria centrale è deficitaria rispetto alle esigenze del/i processo/i che vogliono andare in esecuzione

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n (cont.) di conseguenza, il programma viene caricato un pò per volta sotto richiesta del processore di ulteriori istruzioni

n In questo modo, gli utenti lavorano come se avessero in memoria centrale tutti i programmi da loro richiesti

n Vedendo una memoria molto più grande di quella reale, detta appunto, memoria virtuale

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n La macchina virtuale realizzata dal gestore della memoria

Interfaccia delle

periferiche

Bus di sistema

Processore virtuale

...

Disco

Processore virtuale

Processore virtuale

Memoria virtuale

Memoria virtuale

Memoria virtuale

...

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria

+Il gestore delle periferiche

n Maschera le caratteristiche fisiche delle periferiche

n Fornisce agli strati superiori un insieme di procedure di alto livello per l’accesso alle diverse periferiche

n Offre ad ogni processo la visibilità di un insieme di periferiche virtuali dedicate

n Gestisce, almeno in parte, i malfunzionamenti delle periferiche

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16 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche

+Il gestore delle periferiche

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n La macchina virtuale realizzata dal gestore delle periferiche

Interfaccia periferiche

virtuali

Bus di sistema

Processore virtuale

Disco

Memoria virtuale

... Bus


virtuali

Processore virtuale

Memoria virtuale

Bus

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche

+Il gestore del file system

n Il gestore del file system è responsabile della gestione delle periferiche di massa n Hard disk n CD / DVD n Pen driver n …

n Fornisce agli strati superiori un insieme di procedure per l’accesso al file system

n Garantisce la protezione nell’accesso ai file

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18 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system


n Le funzioni di base che sono supportate da un file system sono n Il recupero di dati precedentemente

memorizzati n L’eliminazione di dati obsoleti n La modifica/aggiornamento di dati

preesistenti n La copia di dati tra supporti di

memorizzazione diversi (ad es. da HD a CD) in cartelle diverse nello stesso supporto

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n I dati contenuti nella memoria di massa vengono strutturati e gestiti mediante una organizzazione in file e directory (contenitore)


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D:

Documenti

Downloads

Incoming

Temp

...

...


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n La macchina virtuale realizzata dal gestore del file system

Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system


virtuali

Bus di sistema

Processore virtuale

Memoria virtuale

... Bus

File File ...


virtuali

Processore virtuale

Memoria virtuale

Bus

File File ...

+L’interfaccia

n L’interfaccia consente l’interazione dell’utente con il SO e con i programmi applicativi in esecuzione

n Permette di accedere ai programmi presenti su memoria di massa e di mandarli in esecuzione allocando la memoria necessaria e creando il processo relativo

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23 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia

Macchina fisica

Gestore dei processi (nucleo)

Gestore della memoria

Gestore delle periferiche

Gestore del file system

Interprete dei comandi

Interfaccia grafica

Programmi utente

Interfacce utente

+L’interfaccia

n L’interprete comandi e l’interfaccia grafica n Costituiscono l’interfaccia verso l’utente

n L’interazione dell’utente con il sistema operativo può avvenire tramite n La shell o prompt dei comandi (Es. Microsoft

DOS) n O tramite le GUI (Graphical User Interface),

icone, dialog, combobox etc.

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24 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia

+Una possibile classificazione

n I moderni sistemi operativi possono essere classificati in sistemi monotask e multitask

n Sistemi monotask n Permettono l’esecuzione di un solo

programma utente per volta (es. DOS) n L’elaboratore rimane a disposizione del

programma dall’inizio alla fine dell’esecuzione

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25 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione

+Una possibile classificazione

n Sistemi multitask n Permettono l’esecuzione di più programmi

utente contemporaneamente

n Classificazione ulteriore: n Multitasking cooperativo (Windows 3.1,

MacOS) n Multitasking preemptive (Windows 95/98/NT,

Unix) n Time sharing o meno

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26 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione

+Svantaggi dei sistemi monoprocessore mono-tasking

n Nessuna interazione utente-programma n Lentezza: la CPU non può essere usata da

nessun processo mentre il programma in esecuzione svolge operazioni di I/O (molto più lente di letture/scritture in Memoria)

n Esempio: DOS è un SO mono-tasking; n non si può fare niente altro mentre si formatta

un floppy o si memorizzano dati su disco D. Sileo A.A 2013/2014

27 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Svantaggi …

+Time sharing

n La successiva evoluzione è quella del time sharing (partizione di tempo) o multitasking che aggiungeva ai sistemi multiprogrammati a lotti la possibilità di interazione con l’utente durante la lavorazione dei job

n Nei sistemi time sharing la CPU viene dedicata ciclicamente ad ogni processo in modo che ogni utente abbia l’impressione di disporre completamente del computer

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28 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Time sharing

+Sistemi mono e multi-processore

n Time sharing in sistemi mono-processore: n multi-tasking (più programmi in esecuzione

con una sola CPU)

n Sistemi multiprocessore: n le varie CPU possono lavorare

contemporaneamente su job diversi n ciascuna CPU opera in multi-tasking

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29 Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Sistemi mono …

+I Sistemi Operativi

n MS-DOS (Disk Operating System) n MS-Windows (95, 98, 2000, XP, Vista, Seven, 8) n Unix (The Open Group) n Commerciali: Sun Solaris, IBM AIX, HP-UX,… n Linux n BSD (Berkeley Software Distribution)

n Mac OS n Mac OS X 10.8

n Altri (IBM AS/400, Symbian,…) D. Sileo A.A 2013/2014

30 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi

+Il Prompt dei Comandi

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n MS-DOS è l’acronimo di “Microsoft - Disk Operating System”

n Il primo di una lunga serie di sistemi operativi della Microsoft

n È un sistema operativo commercializzato dal giugno 1982 al 2001

n Fino alla commercializzazione di Microsoft Windows 95, MS-DOS è stato il sistema operativo per personal computer più diffuso al mondo

Software: Cenni sui SO >> I sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi

Approfondimento per CDL Scienze e Tecnologie Informatiche >> Aspetti Sistemistici: Prompt dei Comandi


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n L’MS-DOS è un sistema operativo monoutente e monotask

n La digitazione dei comandi consente di eseguire attività senza utilizzare l’interfaccia grafica di Windows

n Viene generalmente utilizzato solo dagli utenti più esperti



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n Il termine prompt dei comandi è riferito alla parentesi angolare chiusa ‘>’ che indica che l’interfaccia della riga di comando è pronta per accettare comandi

n Tutto ciò che è scritto prima del segno ‘>’ indica la directory corrente di lavoro

n Per esempio C:\Documenti>



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n Per accedere alla linea di comando del DOS o meglio alla finestra di Windows che contiene il prompt, occorre: n cliccare su “Start -> Esegui” e digitare cmd n oppure cliccare su “Start > Programmi >

Accessori > Prompt dei comandi” n Comando help per visualizzare un elenco di

comandi comuni

>> help

Software: Cenni sui SO >> I Sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi

+Il percorso dei file

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n Quando i comandi utilizzati intervengono su file o cartelle è necessario digitare per esteso il percorso di destinazione dopo il comando

n Per esempio n Copy “C:\Documents and Settings\CorsoPP

\2011-2012\orarioLezioni.pdf” “C:\Documents and Settings\CorsoPP\2012-2013”

n Suggerimento n trascinare con il mouse il file o la cartella in

questione all’interno della finestra del prompt dei comandi >> use copy

Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Il percorsi dei file

+Alcuni Comandi

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n cd <nome_cartella> n Il comando cd permette di cambiare cartella

n ATTENZIONE: cd .. e cd change directory n chdir <nome_cartella> n Il comando chdir cambia la directory

corrente e ne visualizza il nome n copy (move) n permette la copia di file o gruppi di file

Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Alcuni comandi

+Alcuni Comandi

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n del <nome_file> (rd <nome_cartella>) n elimina uno o più file (directory)

n dir n visualizza l’elenco dei file e delle sotto

directory di una directory n Ipconfig n permette di conoscere il proprio indirizzo IP,

quello del SUBNET MASK e del GATEWAY n Taskkill n sostituisce il Task Manager di Windows

Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> Alcuni comandi

+I file batch

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n Per creare un file batch: n avviare un editor di testo (ad esempio Blocco

Note) n inserire i comandi nell’ordine in cui vogliamo

siano eseguiti n salvare il file con nome con estensione .bat n lanciare lo script dal prompt dei comando

>> esempio stampa il contenuto di una cartella in un file di testo cd d:/Documenti/LaboratorioInformatica dir > elencoDocumenti.txt

Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> I file batch

+Il SO Windows Vista/Seven

n Successori di Microsoft Windows XP n Contiene molte nuove funzioni e diverse

migliorie come ad esempio la nuova GUI (Graphical User Interface): Windows Aero

n In primo piano la sicurezza del sistema (Windows XP risultato troppo vulnerabile)

n …Windows Seven successore di Vista n Nuovo Explorer (Risorse) n Interfaccia migliorata n Nuova gestione semplificata delle reti wireless n …

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39 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows

+Il SO Windows 8

n Successore di Microsoft Windows 7 n tutto ciò che si può definire l’uso “tradizionale”

di Windows ora è dentro ad un’applicazione n Dalla Schermata Start si può lanciare

l’applicazione principale, o una specifica dopo averla aggiunta

n Perde l’interfaccia Aero e guadagna quella “ribbon” per Esplora Risorse

n Anche il Task Manager (Gestione Attività) è stato migliorato e semplificato

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40 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows

+Il SO Ubuntu

n È un sistema operativo libero e gratuito basato su GNU/Linux

n Il termine ubuntu deriva da un antico vocabolo zulu (letteralmente: umanità) diffuso in varie parti dell’Africa meridionale

n Ubuntu è costruito sulle fondamenta dell’architettura e dell’infrastruttura di Debian n http://www.debian.org/

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41 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu

+Ambiente grafico: Ubuntu

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42 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu

+Il SO MAC OS-X

n MAC OS-X è l’ultima generazione di S.O. per i personal computer prodotti da Apple

n Abbandonato il precedente sistema operativo Apple ha costruito la nuova generazione del proprio S.O. a partire da una variante di BSD, chiamata Darwin, che rimane open source

n A questo nucleo, Apple ha aggiunto componenti proprietari, dall’interfaccia grafica (Aqua) ad una suite di applicazioni e utilities

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43 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X

+Il SO MAC OS-X

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Architettura MAC OS-X

Kernel, gestori di risorse e servizi di base

GUI à

Applicazioni

Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X

+Installare più sistemi operativi

n La virtualizzazione consente di installare più sistemi operativi in un computer solo, n in modo che essi possano lavorare in modo

separato, come se fossero su computer diversi

n Nella virtualizzazione di sistemi operativi, c’è n l’host: computer principale dove viene installato

il programma di gestione e n il guest: sistema operativo che viene eseguito

all’interno del programma di virtualizzazione D. Sileo A.A 2013/2014

45 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >>Virtuali

+Installare più sistemi operativi

n Il computer virtuale viene tutto racchiuso in un file che può essere di diversi tipi a seconda del programma usato per crearlo: n VMDK (VMWare), VHD (Microsoft) e HDD

(Parallel), VDI (VirtualBox)

n Un programma considerato leggero, veloce e nettamente più semplice da installare è VirtualBox

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+VirtualBox

n Software di virtualizzazione della Sun Microsystems n È un emulatore di sistemi operativi

n può essere eseguito su molte piattaforme come Windows, Linux e Mac

n Si può scaricare dal sito: n http://www.virtualbox.org/wiki/Downloads

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+VirtualBox

n È distribuito in due versioni: n versione completa ma commerciale n versione ridotta distribuita secondo i termini

della GNU General Public License

n Esistono altri software di virtualizzazione: n Es: VM Ware Workstation

n Es: Parallels Desktop 9 per Mac (non gratuito)

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48 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Virtuali

+Sommario

n Aspetti Sistemistici n Il Sistema Operativo (SO) n Architettura del SO n Una possibile classificazione n I vari tipi di Sistema Operativo n Programmi per la virtualizzazione dei S.O.

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49 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario

+Termini della Licenza

n This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

n Questo lavoro viene concesso in uso secondo i termini della licenza “Attribution-ShareAlike” di Creative Commons. Per ottenere una copia della licenza, è possibile visitare http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ oppure inviare una lettera all’indirizzo Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

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50 Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Termini della Licenza

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