B024257 - SISTEMI OPERATIVI

Italiano

Obiettivo principale del corso è di fornire le conoscenze di base di un
moderno sistema operativo mettendo in luce le sue principali
funzionalità.
Il linguaggio Java è usato nel corso per fornire esempi di programmazione
multithread e per risolvere problemi di sincronizzazione tra thread
mediante l'uso di semafori e metodi sincronizzati.

La maggior parte degli argomenti del corso sono trattati in:
- Sistemi Operativi: Concetti ed esempi, nona edizione, Pearson
Addison-Wesley, A.Silberschatz, P. Galvin, G. Gagne.
- G. Bucci, Calcolatori elettronici: archtettura e organizazione, 2008, McGraw-Hill.

Il corso si pone un duplice obiettivo: da un lato, sono fornite le
conoscenze relative alla struttura ed alle modalità di funzionamento dei
moderni sistemi operativi; dall’altro, sono affrontate le problematiche di
programmazione relative all’utilizzo delle funzionalità che il sistema
operativo mette a disposizione di un utente programmatore.
Conoscenza dei diversi aspetti del funzionamento di un moderno sistema
operativo.
Conoscenze di base del linguaggio Java e suo utilizzo per la soluzione di
problemi di programmazione multithread e concorrente.

La conoscenza della programmazione e delle architetture dei calcolatori
come acquisite nei corsi di Fondamenti di Informatica, Programmazione e di Calcolatori
Elettronici, costituiscono prerequisiti utili alla comprensione dei contenuti
del corso.

Lezioni in aula

Prova scritta con un esercizio di sincronizzazione in Java usando metodi sincronizzati o semafori e prova orale

1 INTRODUZIONE
1.1 CALCOLATORE, GESTIONE I/O E INTERRUZIONI ([bucci] CAP.13)
Elementi di base del sottosistema I/O, gestione a controllo di programma, gestione sotto controllo di interruzione, modello semplificato di sistema di interruzione, interruzione da parte di più periferiche, interruzioni vettorizzate, accesso diretto alla memoria.
1.2 INTRODUZIONE AI SISTEMI OPERATIVI ([silb.] CAP. 1)
Cosa è un sistema operativo, punto di vista utente, punto di vista del sistema. Organizzazione di un sistema di calcolo, funzionamento, struttura memoria, struttura I/O. Struttura del sistema operativo. Attività del sistema operativo, modalità utente e sistema, timer.
1.3 STRUTTURA DI UN SISTEMA OPERATIVO ([silb.] CAP. 2)
Servizi di un sistema operativo. Chiamate di sistema. Struttura del sistema operativo: struttura semplice, metodo stratificato, microkernel, moduli. Macchine virtuali (cenni).
2 LE BASI DEL LINGUAGGIO JAVA
2.1 JAVA
La tecnologia Java e la Java Virtual Machine. Classi ed Oggetti. Tipi di dati. Passaggio dei parametri. Array. Package. Gestione delle eccezioni. Classi derivate. Interfacce. Polimorfismo.
3 GESTIONE DEI PROCESSI
3.1 I PROCESSI ([silb.] CAP. 3)
Concetto di processo. Scheduling dei processi. Operazioni sui processi. Comunicazione tra processi: memoria condivisa e scambio messaggi. I processi in Linux, le system call getpid(), getppid(), fork(), exec(), wait() e exit(). Esempi in linguaggio C. Il controllo dei processi in Java: principali classi e metodi. Esempi.
3.2 I THREAD ([silb.] CAP. 4)
Introduzione. Modelli di programmazione multi-thread. Librerie di thread: pthreads, threads in Java. La classe Thread e l’interfaccia Runnable. I pricipali metodi della classe Thread. Stati e scheduling dei thread Java. Esempi.
3.3 SCHEDULING DELLA CPU ([silb.] CAP. 5)
Concetti fondamentali: CPU burst, I/O burst, scheduling con diritto di prelazione, dispatcher. Criteri di scheduling. Algoritmi di scheduling: scheduling in ordine di arrivo, scheduling per brevità, scheduling per priorità, scheduling circolare, scheduling a code multiple, scheduling a code multiple con retroazione. Scheduling dei thread. Scheduling di linux: kernel 2.4.x e kernel 2.6.x. Completely fair scheduling.
3.4 SINCRONIZZAZIONE TRA PROCESSI ([silb.] CAP. 6)
Introduzione. Problema della sezione critica. Soluzione di Peterson per due processi. Soluzione per N processi (algoritmo di Lamport). Hardware per la sincronizzazione. Semafori. Stallo e attesa indefinita. Inversione di priorità. Problemi tipici di sincronizzazione. Produttori e consumatori con memoria limitata. Problema dei lettori-scrittori. Problema dei 5 filosofi. I monitor. Soluzione al problema dei filosofi con uso di monitor. Sincronizzazione in Java: uso di metodi synchronized, metodi wait(), notify() e notifyAll(). Semafori e monitor in Java. Sincronizzazine di blocco.
3.5 STALLO ([silb.] CAP. 7)
Modello dei sistema. Caratterizzazione delle situazioni di stallo, condizioni necessarie. Grafo di assegnazione delle risorse. Prevenire situazioni di stallo. Evitare le situazioni di stallo, stato sicuro, algoritmo con grafo di assegnazione delle risorse, algoritmo del banchiere. Rilevamento delle situazioni di stallo. Ripristino da situazioni di stallo.
4 GESTIONE DELLA MEMORIA
4.1 GESTIONE DELLA MEMORIA CENTRALE ([silb.] CAP. 8)
Introduzione, dispositivi essenziali, associazione degli indirizzi, spazi di indirizzi logici e fisici. Allocazione contigua della memoria, rilocazione e protezione della memoria, allocazione della memoria, frammentazione. Paginazione, metodo di base, architettura di paginazione, protezione, pagine condivise. Struttura delle tabelle delle pagine, paginazione gerarchica, tabelle delle pagine di tipo hash, tabelle delle pagine invertita. Segmentazione, metodo di base, architettura di segmentazione.
4.2 MEMORIA VIRTUALE ([silb.] CAP. 9)
Introduzione. Paginazione su richiesta. Prestazioni della paginazione su richiesta. Sostituzione delle pagine, schema di base, FIFO, ottimale e LRU.