Programma Definitivo
Sistemi Operativi + Laboratorio (Corso A) a.a.2002/2003
Docente: Impedovo Sebastiano
1) INTRODUZIONE AI SISTEMI OPERATIVI

Obiettivi e funzioni dei sistemi operativi:
v	Il sistema operativo come interfaccia utente/computer;
v	Il sistema operativo come gestore delle risorse;
v	Facilità di evoluzione di un sistema operativo.

Evoluzione dei sistemi operativi:
v	Elaborazione seriale;
v	Semplici sistemi batch;
v	Sistemi batch multiprogrammati;
v	Sistemi time-sharing.

Aspetti principali di un sistema operativo:
v	Processi;
v	Gestione della memoria;
v	Protezione dell’informazione e sicurezza;
v	Schedulazione e gestione delle risorse;
v	Struttura del sistema.

Caratteristiche dei sistemi operativi moderni.

Panoramica su windows NT:
v	La storia ;
v	Multitasking a singolo utente;
v	Architettura di Windows NT: NT executive; Sottosistemi di 
ambiente; Modello Client/Server; Thread ed SMP; Oggetti in Windows NT.

Sistemi  UNIX tradizionali:
v	Storia;
v	Descrizione.

Sistemi UNIX moderni:
v	Sistema V Release 4 (SVR4)
v	Solaris 2.x
v	4.4 BSD.



2) DESCRIZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI

Stati dei processi:
v	Un modello a due stati;
v	Creazione e terminazione dei processi;
v	Un modello a cinque stati;
v	Processi sospesi.

Descrizione dei processi:
v	Strutture di controllo dei processi;
v	Attributi dei processi;
v	EFLAGS del Pentium;
v	Il ruolo del PCB.

Controllo dei processi:
v	Modi di esecuzione;
v	Creazione dei processi;
v	Cambio dei processi: cambiamento di modo, cambiamento dello stato 
di un processo;
v	Esecuzione del Sistema Operativo: Kernel non implementato con 
processi; Esecuzione all’interno dei processi utente; Sisitemi operativi 
basati sui processi.

Gestioni dei processi in UNIX SVR4:
v	Stati dei processi;
v	Descrizione dei processi.
v	Controllo dei processi in UNIX e fork 0.


3) TREAD, SMP E MICROKERNEL

Processi e thread:
v	Multithreading;
v	Funzionalità dei thread;
v	Thread a livello utente e di Kernel.

Multiprocessing simmetrico:
v	Architettura SMP;
v	Organizzazione SMP;
v	Considerazioni per la progettazione di sistemi operativi 
multiprocessore:
v	Processi e thread concorrenti;
v	Schedulazione;
v	Sincronizzazione; 
v	Gestione della Memoria.

Microkernel.
v	Architetutra del Microkernel;
v	Benefici di un’organizzazione a mikrokernel;
v	Prestazioni del Microkernel;
v	Progettazione del Microkernel.

Thread e SMP in Windows NT.
v	Oggetti di tipo processo e di tipo thread
v	Multithreading;
v	Stati dei thread;
v	Supporto per i sottosistemi del sistema operativo;
v	Supporto al multiprocessing.

Thread e gestione del SMP in Solaris:
v	Architettura multithreading;
v	Motivazioni
v	Struttura dei processi;
v	Esecuzione dei thread;
v	Interrupt come thread.


	
4) CONCORRENZA: Mutua esclusione e sincronizzazione.

Proncipi della concorrenza:
v	Un semplice esempio;
v	Problemi di concorrenza nei sistemi operativi;
v	Interazione tra processi : competizione per le risorse; 
cooperazione tramite condivisione; cooperazione  tramite comunicazione.

Mutua esclusione: approcci software.
v	Algoritmo di Dekker: Insidie della programmazione concorrente. 1°, 
2°, 3°, 4° tentativo  di soluzione e la soluzione corretta.
v	Algoritmo di Peterson (facoltativo).

Mutua esclusione supporto hardware:
v	Abilitazione e disabilitazione degli interrupt;
v	Istruzioni di macchina speciali: Test and set e  Scambio.
v	Uso di Test-set e Scambio per la mutua esclusione.

Semafori:
v	Definizione della primitiva Signal  e wait;
v	Primitive Signal e wait per i semafori binari;
v	Mutua esclusione con semafori.

Il problema del produttore consumatore
v	Soluzione del problema produttore-consumatore con semafori binari 
nel caso di buffer infinito
v	Soluzione generale del problema del produttore-consumatore  nel 
caso di buffer infinito;
v	Soluzione del problema del produttore-consumatore  nel caso di 
buffer finito.
v	Monitore 
v	Il problema lettori scrittori (facoltativo).

5) SCHEDULING

Introduzione allo scheduling
Scheduler di lungo, medio e breve termine
Schema di collocazione degli scheduler
Frequenza di scheduling
Scheduling e valutazione delle prestazioni
v	sfruttamento della CPU
v	lavoro utile
v	tempo di ricircolo
v	tempo di attesa
v	tempo di risposta
Algoritmi di scheduling
metodi interrompenti e non interrompenti
Scheduling con modello First Come First Served 
Scheduling con modello Short Remaining Time Next 
Scheduling con modello Round Robin 
Scheduling con modello interrompibile basato sulla priorità (Event Driven)
Scheduling con modello a code multiple
Scheduling con modello a code multiple con retroazione


6) STALLO

Le risorse
Gli stalli
v	Condizioni per lo stallo
v	Modelli per le situazioni di stallo
L’algoritmo dello struzzo
L’identificazione e la risoluzione dello stallo
v	L’identificazione dello stallo con una risorsa per ogni classe
v	L’identificazione dello stallo con risorse multiple per ogni classe
v	La risoluzione dello stallo
Evitare lo stallo
v	Traettorie di risorsa
v	Stati sicuri e non sicuri
v	L’algoritmo del banchiere per una singola risorsa
v	L’algoritmo del banchiere per risorse multiple
La prevenzione delle situazioni di stallo
v	Negazione della condizione di mutua-esclusione
v	Negazione della condizione di hold-and-wait
v	Negazione della condizione di mancanza di prerilascio 
v	Negazione della condizione di attesa circolare



7) GESTIONE DELLA MEMORIA

1) Introduzione:
allocazione contigua della memoria
v	monoallocazione
v	partizionamento statico
v	partizionamento dinamico
v	segmentazione
allocazione non contigua della memoria
v	paginazione
v	memoria virtuale
Principi di base della gestione della Memoria Centrale
Parametri di confronto degli schemi di gestione 

2) Monoallocazione
Principi
Meccanismi di protezione (mediante supporti hardware):
v	registro barriera
v	diritti di accesso mediante bit di protezione
v	sistema operativo in memoria a sola lettura
Meccanismi di condivisione
Prestazioni

3) Partizionamento Statico
Principi operativi
Tabella delle partizioni
Algoritmi di ricerca delle partizioni
Swapping, supporti per lo swapping
Frammentazione interna
Condivisione nel partizionamento statico
Meccanismi di protezione
Prestazioni

4) Partizionamento Dinamico
Principi operativi
Tabella delle partizioni
Tabella della memoria
Algoritmi di ricerca delle partizioni
Frammentazione esterna
Compattazione, Tempi e modalità della compattazione
Condivisione nel partizionamento dinamico
Meccanismi di protezione
Prestazioni

5) Segmentazione
Principi Operativi
Indirizzamento bi-dimensionale
Caricamento dei processi
Traduzione dell’indirizzo
Tabella dei descrittori dei segmenti (TDS)
Tabella e lista della memoria libera
Registri barriera
Commutazione di processo nella segmentazione
Swapping nella segmentazione
Compattazione nella segmentazione
Protezione
Condivisione
Collegamento dinamico
Prestazioni

6) Paginazione
Principi operativi
Pagine
Tabella delle pagine
Traduzione dell’indirizzo virtuale
Restituzione delle pagine
Frammentazione
Ricerca delle pagine libere
Supporti hardware per la paginazione
Registri limite
Cache di traduzione
Protezione
Condivisione
Prestazioni

7) Memoria Virtuale
Principi Operativi
Memoria Virtuale con Paginazione
Tabella delle pagine
Tabella di descrizione dei file
Interrompibilità dell’istruzione ed esempi esplicativi
Gestione della memoria virtuale:
v	strategia di allocazione
v	strategia di ricerca
v	strategia di sostituzione
v	strategia di posizionamento
Località dei programmi
Algoritmi di sostituzione delle pagine
v	Algoritmo FIFO
v	Algoritmo LRU
v	Algoritmo di Belady
v	Algoritmo NRU
Confronto operativo tra gli algoritmi
Concetti di distanza futura e distanza passata
Working-Set
Supporti hardware per la memoria virtuale

8) FILE SYSTEM

I file
v	Denominazione di File
v	Struttura dei File
v	Tipi di File
v	Accesso ai File
v	Attributi
v	Operazioni sui file
v	File mappati in memoria
Le Directory
v	Sistemi Gerarchici di Directory
v	I path name
v	Operazioni sulle Directory
Implementazione del File System
v	Implementazione dei File
v	Implementazioni delle Directory
v	File condivisi
v	Gestione dello spazio su disco
v	Affidabilità del file system
v	Prestazioni del file system
Sicurezza
v	L’ambiente di sicurezza
v	Principi di progettazione per la sicurezza
v	Autenticazione dell’utente
Meccanismi di protezione
v	I domini di protezione
v	Liste di controllo degli accessi
v	Le capability list
v	Modelli di protezione
v	Canali nascosti.

PROGRAMMA DI LABORATORIO PER SISTEMI OPERATIVI
	Pratica con i  comandi di WINDOWS : Gestione dei menu a tendina.
	Pratica con i comandi di LINUX: Comandi da Console; 
 Pratica con l’interfaccia grafica GNOME.
	



Esercitazioni  su applicazioni per windows (dal  Richter)  (Facoltative)

v	Gestione degli errori in Windows
v	Unicode
v	Oggetti Kernel
v	I processi
v	Attività
v	Introduzione ai thread 


Testi di riferimento:
Sistemi Operativi; W. Stallings; Jackson Libri, 2002
I moderni Sistemi Operativi. A.S. Tanembaum; Prentice Hall/ Jackson; 2002.
Programmare Applicazioni per Windows; Mondadori Informatica/ Jeffrey 
Richter , 2002.
Guida a LINUX Corso Completo; Luca Righi; Jackson Libri , 2002