MODULO 18 –> Il sistema operativo

Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Il sistema operativo
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Macerata, 2 dicembre 2015

Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
La gestione dei file
 Il sistema operativo si occupa di gestire i file
contenuti nel disco fisso
 I file sono individuati con:
• NOME del file
• CARTELLA dove il file è archiviato
• UNITÀ DI MEMORIA dove si trova il file

Il nome del file
 A ogni file è assegnato un nome che lo
identifica in modo univoco (nella cartella)
 Il nome è composto da due parti separate da un
punto:
• Nome
• Estensione
 Nei moderni sistemi i nomi possono essere
lunghi e descrittivi (≠ 8+3 dello stile MS-DOS)

Il tipo del file
 Può essere identificato in vari modi a seconda
del sistema operativo in uso:
• Magic Number (Linux)  un valore numerico o
un testo costante utilizzato per identificare un
formato di file o un protocollo
• Estensione (Windows)  la porzione del nome del
file collocata a destra dopo il punto

Alcune file signatures
Hex signature File extension File Description
D0 CF 11 E0 A1 B1 1A E1
DOC, DOT, PPS, PPT,
XLA, XLS, WIZ
Microsoft Office
Document
50 4B 03 04 14 00 06 00 DOCX, PPTX, XLSX
Microsoft Office Open
XML Format (OOXML)
Document
FF D8 FF E0 xx xx 4A 46
49 46 00
JFIF, JPE, JPEG, JPG JPEG/JFIF graphics file
49 44 33 MP3
MPEG-1 Audio Layer 3
(MP3) audio file
00 01 00 00 53 74 61 6E
64 61 72 64 20 4A 65 74
20 44 42
MDB Microsoft Access file

File extensions & file signatures

Le cartelle
 I file vengono raggruppati in apposite cartelle
(directory) al fine di agevolarne il reperimento
 Una directory è una struttura (file) di catalogazione
del filesystem che contiene riferimenti a file e/o
eventualmente altre directory
 Alcune cartelle «particolari» in Windows:
• Windows (c:windows), contiene le varie parti del S.O.
• Utenti (c:users), contiene i profili di tutti gli utenti
presenti nel sistema

Le unità di memoria
 Sono identificate grazie a speciali indicatori
• Storicamente: A e B per i floppy disk, C per gli hard
disk, D per il lettore CD-ROM

Gerarchie a albero (1/2)
 I file sono organizzati salvando quelli correlati
in apposite cartelle
 La struttura delle tabelle utilizza un filesystem
gerarchico (struttura ad albero)
 Una directory contenuta all’interno di un’altra
directory viene chiamata sottodirectory
 La terminologia genitore – figli descrive il
rapporto tra due directory annidate

Gerarchie a albero (2/2)
 La directory che contiene una o più
sottodirectory viene chiamata genitore
 La sottodirectory contenuta in una directory
viene chiamata figlia
 La directory più in alto nel filesystem gerarchico
(tale da non avere nessun genitore), viene
chiamata directory root

Un esempio di
directory tree

I percorsi (path-names)
 Il path specifica la collocazione di un file
all’interno della struttura gerarchica del file system
 I file sono identificati tramite:
• Nomi relativi  relativi a una particolare directory
attiva
• Nomi assoluti  individuano il cammino a partire
dalla radice (root) del file system fino a raggiungere il
file individuato

Il pathname in Windows (1/2)
 Il nome completo di un file è indicato con la
notazione: percorsonome_del_file
• percorso  il supporto di memorizzazione e le
directory da attraversare lungo l’albero per raggiungere
la collocazione del file
•  il separatore tra le directory
• nome_del_file  il nome attribuito al file (può
contenere fino a un massimo di 255 caratteri, spazi
compresi)

Il pathname in Windows (2/2)
 Nel riferire un file occorre considerare sia il
percorso che il supporto di memorizzazione
 Ogni unità disco è individuata da una lettera
dell’alfabeto inglese seguito dal simbolo «:»
• A: floppy disk;
• C: disco rigido;
• D: Cd-rom;
• E:, F: ecc.: altre unità spesso rimovibili.

Il pathname in Linux
 Il nome completo di un file è indicato con la
notazione: /percorso/nome_del_file
• /  la root directory
• percorso  le directory da attraversare lungo
l’albero per raggiungere la collocazione del file
• /  il separatore tra le directory
• nome_del_file  il nome attribuito al file

Alcuni esempi
 Windows
• C:InformaticaModulo18mod18.pdf
• Indica il file mod18.pdf collocato nella directory Modulo18,
collocata nella directory Informatica, collocata nel disco C
 Linux
• /utente/Informatica/Modulo18/mod.18.pdf
• Indica il file mod18.pdf collocato nella directory Modulo18,
collocata nella directory Informatica, collocata nella
directory utente, collocata nella root directory /

La formattazione di un hard disk

Memorizzazione dei dati e frammentazione
 La memorizzazione dei dati nelle memorie di
massa avviene:
• In modo lineare, se esiste un numero di cluster
adiacenti sufficiente a garantire l’archiviazione di
tutte le singole porzioni di file
• In modo frammentato, in caso contrario
 La deframmentazione del disco consente di
spostare i dati in modo da ridurre i frammenti
dei file su tracce contigue

La frammentazione dei file (1/2)

La frammentazione dei file (2/2)

Gli aggiornamenti dei programmi
 Di norma includono:
• Funzionalità delle versioni precedenti riviste e corrette
• Nuove funzionalità
 Per indicare gli stadi di sviluppo del programma si
utilizzano i numeri di versione
• Parte intera  presenza di modifiche sostanziali
• Parte decimale  presenza di modifiche sostanziali
e/o correzione di alcuni errori

Le versioni di un programma

Windows update (1/3)
 È un servizio di aggiornamento software online
per i sistemi operativi Microsoft Windows
 Offre aggiornamenti di sicurezza per
• componenti del sistema
• service packs
 Offre aggiornamenti gratuiti per componenti
Windows
 Offre aggiornamenti di driver e versioni beta

Elementi di approfondimento sul
sistema operativo

Il sistema operativo
 Forma con l’hardware una struttura integrata del
sistema di elaborazione dati
 Può considerarsi come il coordinatore di tutte le
attività rese disponibili dall’hardware
 Ha la funzione di astrarre la struttura hardware
 Filtra le interazioni tra mondo esterno e
computer
 È il gestore delle risorse

Il gestore delle risorse
 Definiamo risorse tutte le entità hardware e
software che concorrono all’esecuzione dei
programmi:
• memoria centrale
• processore
• memoria di massa
• unità di I/O
• dati e programmi

Problematiche riguardanti le risorse
 Le caratteristiche delle risorse sono
estremamente variegate
• Es: la CPU è molto più veloce dell’unità memoria di
massa (siamo nell’ordine di 10.000 a 1)
 Tali disparità, se non correttamente gestite,
possono comportare il degrado delle prestazioni
del computer

Lo stato dei processi (1/3)
 Un processo in esecuzione è soggetto a
cambiamenti di stato
 Ogni processo può trovarsi in uno tra i seguenti
stati:
• Nuovo (new), il processo viene creato
• Esecuzione (running), un’unità di elaborazione
(CPU) esegue le istruzioni del relativo programma

• Attesa (waiting), il processo attende che si verifichi
qualche evento
o Es: Termine di un’operazione di I/O
• Pronto (ready), il processo attende di essere assegnato a
un’unità di elaborazione (CPU)
o Es: Attesa nella coda dei processi
• Terminato (terminated), il processo ha terminato
l’esecuzione

Le modalità elaborative
 Multitasking
• Es: Windows Family , GNU/Linux Family, MAC
OS X, Unix Family, OS/2
 Monotasking
• Es: MS-DOS

I sistemi operativi multitasking
 I sistemi operativi multitasking consentono di
eseguire parallelamente più task (processi)
 Un task (o processo):
• è un programma in esecuzione
• rappresenta l’attività dinamica dell’esecuzione di un
programma
 I task sono contemporaneamente nella RAM del
Computer e in modo concorrenziale e ordinato
condividono le risorse del sistema

Il task
 Un task è definito da:
• una componente statica:
o il programma relativo
• una componente dinamica:
o lo stato di avanzamento del task
o lo stato interno (i valori dei registri del processore)
o la priorità
o altre informazioni
PROCESSO
Stato corrente
della RAM
PROGRAMMA +=

Le code dei processi
 In un determinato istante un processore esegue
una sola operazione in modalità monotasking o
multitasking
 Si creano le «code di processi» (process queues)
 Ogni risorsa del computer gestisce una coda di
processi
 La coda della CPU viene chiamata coda dei pronti
(ready queue)

Lo scheduler della CPU
 Lo scheduler ha il compito di selezionare un
task da una coda
 Long-term scheduler:
• sceglie da un buffer dedicato i processi che devono
passare nella coda dei pronti
 Short-term scheduler:
• sceglie dalla coda dei pronti i task che devono essere
eseguiti dal processore

Il task
manager - 1
Richiamabile con
la combinazione
di tasti CTRL +
SHIFT + ESC

Il task manager - 2
• La priorità dei processi troppo onerosi in termini di CPU
va abbassata per favorire la stabilità del sistema

Modalità di selezione: per priorità
 Viene selezionato il task con priorità più alta
 La priorità può essere statica o dinamica
 I task più brevi hanno maggiore priorità (tempo
della CPU)

Modalità di selezione: Round Robin
 La ready queue (coda dei pronti) è vista come una
coda circolare
 Il processore (CPU) è assegnato
• a rotazione
• ai vari task in coda
 al massimo per il time slice (quanto di tempo)

Scelta del time slice
 L’efficienza del round robin dipende molto
dall’ampiezza del time slice:
• un time slice molto grande può rallentare gli altri
processi
• un time slice molto piccolo fa intervenire spesso lo
scheduler che appesantisce il sistema

Il modello Onion-skin (1/2)
 È un modello a strati
• 1° strato: Hardware
• 2° strato: gestore CPU
• 3° strato: gestore Memoria Centrale
• 4° strato: periferiche virtuali
o (DRIVER logico): software che permette di accedere agli
indirizzi delle periferiche
o (DRIVER fisico): componente hardware
• 5° strato: file system

Il modello Onion-skin (2/2)
• 6° strato: Programmi di libreria
o Editor, compilatori, interpreti, gestori di DB
• 7° strato: Interfaccia grafica utente (GUI)
o Rendere visibile l’organizzazione dei file nelle memorie di
massa
o Facilitare l’esecuzione dei programmi
o Rendere più friendly l’interazione uomo/macchina

Interfaccia nucleo verso l’esterno
hardware
Gestore
processi
Gestore
memoria
Gestore I/O File system
Gestore
processore
Servizi richiesti dagli utenti al SO
nucleo

Le funzionalità di un S.O.
 Possiamo identificare 5 strati tra macchina fisica
e utente
1. Gestore dei processi
2. Gestore della memoria
3. Gestore delle periferiche
4. File system
5. Interprete dei comandi

1) Gestore dei processi
 Gestisce l’esecuzione dei programmi
 I programmi in esecuzione vengono chiamati
processi ( task) attivi nella CPU fino alla loro
completa esecuzione
 In ambiente multi utente il gestore (supervisore)
decide a quale processo assegnare la CPU
 Coordina gli eventi esterni (interruzioni
provenienti dalle periferiche)

2) Gestore della memoria
 È compito del gestore della memoria:
• allocare la memoria (utilizzo da parte degli utenti)
• partizionarla tra i processi che la richiedono
 Contiene gli indirizzi degli strati di memoria
dedicata ai processi
 Si ha la rilocazione quando terminata
l’esecuzione di un task, il risultato viene
depositato in uno spazio di memoria

Il gestore della memoria centrale
 Il gestore della memoria (memory manager) è un
componente del sistema operativo dedito alla
gestione della memoria RAM disponibile sul
computer
 Si preoccupa di allocare, deallocare e gestire la
memoria che viene assegnata sia agli applicativi che
allo stesso sistema operativo
 Gestisce ordinatamente i task che in
contemporanea risiedono in memoria centrale

Suddivisione della memoria centrale
 La memoria centrale è suddivisa in (almeno) due
partizioni:
• partizione del Sistema Operativo Residente
• partizione dei processi utente

La memoria virtuale (1/2)
 È la tecnica adottata dai sistemi operativi
multitasking attuali
 Il principio è il seguente:
• ogni programma è diviso in blocchi di uguali
dimensioni detti blocchi logici
• analogamente la RAM è divisa in pagine fisiche di
dimensione uguale a quelle delle pagine logiche
• In tal modo non è necessario mantenere tutto il
programma nella memoria centrale

La memoria virtuale (2/2)
 Caratteristiche:
• se la pagina del programma che contiene la
successiva istruzione da eseguire non è in memoria
si carica da disco (page swapping)
• occorre trovare spazio in memoria centrale (si
rilasciano le pagine già eseguite)
• la tabella può contenere le pagine in ordine sparso

La frammentazione della RAM (1/2)
 La frammentazione è un indicatore della
quantità di memoria inutilizzabile a seguito di
una particolare configurazione dei processi
presenti nel sistema
 Più alto è il tasso di frammentazione e peggiore
è l’utilizzo del sistema

La frammentazione della RAM (2/2)
 La tecnica della memoria virtuale elimina la
frammentazione della RAM
 Si utilizza la tecnica dello swapping per il
caricamento dei programmi (task)

Lo swapping
 Lo swapping riguarda il salvataggio dello stato
di un task nel momento in cui esso rilascia la
C.P.U. (swap-out) per far posto ad un nuovo
task (swap-in)

3) Gestore delle periferiche
 Maschera al S.O. le caratteristiche hardware
delle periferiche
 Gestisce le operazioni di input e output
 Fornisce procedure di alto livello
• Es: scrittura su stampanti
• Es: operazioni di I/O sulle memorie secondarie

La gestione delle periferiche
 I dispositivi visti a due livelli:
• Driver fisici (hardware)
o per trasferire e manipolare
• Driver logici (software)
o porzione del S.O. che fornisce funzionalità di alto livello
riguardanti le periferiche e il loro indirizzamento

Driver fisico
 Il device controller si occupa di gestire i
meccanismi fisici dell’unità di lettura dei dispositivi
esterni di I/O
• Es: unità di lettura di floppy disk
 Interagisce con la CPU
• attraverso i registri
• attraverso una memoria dedicata alle operazioni I/O
(Memoria ad accesso diretto o DMA)

La DMA
 Ha il compito di memorizzare le informazioni
che il device controller può usare per scrivere
in memoria direttamente senza passare
attraverso la CPU

Driver logico
 È un software che si occupa di mascherare i
device fisici:
• Gestisce gli errori in lettura/scrittura
• Gestisce i nomi e gli indirizzi del device driver
• Gestisce le code di attesa
o Es: code di stampa

4) File System
 Consente la gestione dei dati presenti nelle
memorie di massa
 I dati sono strutturati in modo gerarchico
utilizzando file e directory
 Fornisce meccanismi per la gestione dei file
 Garantisce la sicurezza dei dati (protezione dei
dati da accessi esterni)

Gestione dei file
 Le memorie di massa memorizzano grandi
quantità di dati
 Sono garantite le seguenti caratteristiche:
• persistenza
• sicurezza
 I dati vengono organizzati logicamente in file

Il file
 Il file è un insieme omogeneo di dati
• Nome
o identifica il file (e a volte il tipo con l’estensione)
• Struttura
o sequenza di blocchi (record) di byte suddivisa in campi
• Tipologia di accesso
o sequenziale, diretto, ecc

Alcuni esempi di file in Windows
 .exe  sono programmi eseguibili
 .txt  sono file di testo semplice
 .doc .xls .mdb .ppt  sono documenti di office
 .htm .html  sono documenti ipertestuali
 .wav .mp3  sono file audio
 .jpg .gif .bmp .png  sono file immagini
 .mov .avi  sono file video

Le operazioni sui file
 Il file system consente di:
• creare, cancellare, spostare, recuperare,
modificare i documenti nelle memorie di massa
(memoria persistente)
• modificare gli elementi di un file
• rinominare i file

La directory (cartella)
 È un particolare file che contiene informazioni su
altri file
• organizza i file (dati) in modo gerarchico
• contiene la lista dei nomi dei file collegati
 Il file system ha una struttura ad albero costituito da:
• Radice  si riferisce all’intero file system
• Nodi interni  directory
• Foglie  documenti/programmi

Gestione del file system in Windows
 Per gestire il file system il Sistema Operativo
Windows mette a disposizione due strumenti:
• risorse del computer
• esplora risorse

Gestione file system
 L’allocazione può essere di tipologia:
• statica
• dinamica
 I file possono essere memorizzati con:
• struttura di blocchi di byte collegati (ogni blocco
contiene l’indirizzo del successivo)
• struttura con indice (si mantiene una tabella in
memoria con gli indirizzi dei blocchi - FAT)

5) L’interprete dei comandi
 Consente all’utente di lanciare i programmi
 Contiene funzionalità per:
• cercare in memoria il programma
• allocare la memoria richiesta dal programma
• lanciare una funzione per eseguire il programma

Traduttori, linker e loader
 Compilatore, Interprete
• traducono programmi scritti in linguaggio di alto
livello in linguaggio macchina
 Linker
• collegano i programmi divisi in moduli
 Loader
• si occupa del caricamento del programma compilato
nella memoria centrale

I miei contatti
linkedin
http://it.linkedin.com/pub/francesco-ciclosi/62/680/a06/
facebook
https://www.facebook.com/francesco.ciclosi
twitter
@francyciclosi
www
http://www.francescociclosi.it

MODULO 18 –> Il sistema operativo

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (17)

Similar a MODULO 18 –> Il sistema operativo

Similar a MODULO 18 –> Il sistema operativo (20)

Más de Francesco Ciclosi

Más de Francesco Ciclosi (18)

MODULO 18 –> Il sistema operativo