Codice insegnamento

4S00019

Crediti

12

Coordinatore

Graziano Pravadelli

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

ING-INF/05 - SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI

Moodle Seminari

L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire un'introduzione ai principi e al progetto dei sistemi operativi, con particolare riguardo ai concetti relativi alle architetture software di un sistema operativo, alla gestione e sincronizzazione dei processi e alla gestione delle risorse del sistema.
A completamento del corso, gli studenti saranno in grado di comprendere il funzionamento di un sistema operativo e avranno le conoscenze necessarie per poter:
- sviluppare o modificare componenti di un sistema operativo;
- sviluppare applicazioni che utilizzino le funzioni messe a disposizione dal sistema operativo.

Programma

Teoria
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* Introduzione: Ruolo del sistema operativo e sua evoluzione. Elementi architetturali. Struttura e funzioni di un sistema operativo.

* Gestione dei Processi: Processi. Stati dei processi. Cambiamento di contesto. Creazione e terminazione di processi. Thread: thread a livello utente e a livello kernel. Cooperazione e comunicazione fra processi: memoria condivisa, messaggi. Comunicazione diretta ed indiretta.

* Scheduling: Modello a ciclo di burst di CPU-I/O. Scheduling a lungo, medio, breve termine. Scheduling con prelazione e cooperativo. Criteri di scheduling. Algoritmi di scheduling: FCFS, SJF, a priorità, HRRN, RR, a code multiple con e senza feedback. Valutazione degli algoritmi: modelli deterministici e probabilistici, simulazione.

* Sincronizzazione fra processi: Coerenza di dati condivisi, operazioni atomiche. Sezioni critiche. Approccio software alla mutua esclusione: algoritmi di Peterson e Dekker, algoritmo del panettiere. Supporto hardware per la mutua esclusione: test and set, swap. Costrutti per sincronizzazione: semafori e monitor. Alcuni problemi tipici di sincronizzazione: produttore/consumatore, lettori/scrittore, problema dei filosofi.

* Deadlock: Condizioni per l'innesco di un deadlock. Rappresentazione dello stato di un sistema con grafi di allocazione. Tecniche di prevenzione, rilevazione e ripristino. Algoritmo del banchiere.

* Gestione della memoria: Memoria primaria. Indirizzamento logico e fisico. Rilocazione, binding degli indirizzi. Swapping. Allocazione contigua della memoria. Frammentazione interna ed esterna. Paginazione. Supporti hardware alla paginazione: TLB. Tabella delle pagine. Paginazione a piu' livelli. Segmentazione. Tabella dei segmenti. Segmentazione con paginazione.

* Memoria Virtuale: Paginazione su richiesta. Gestione di page fault. Algoritmi di sostituzione delle pagine: FIFO, ottimale, LRU, approssimazioni LRU. Buffering di pagine. Allocazione di frame in memoria fisica, allocazione locale o globale. Thrashing. Località dei riferimenti. Modello del working set. Controllo della frequenza di page fault. Blocco di pagine in memoria.

* Memoria secondaria Struttura logica e fisica dei dischi. Tempo di latenza. Scheduling del disco: algoritmi FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK. Gestione della memoria di paginazione. Strutture RAID.

* File System: Concetto di file, attributi e operazioni relative. Tipi di file. Accesso sequenziale e diretto. Concetto di directory. Struttura di directory. Protezioni nell'accesso a file. Attributi e modalità di accesso. Semantica della consistenza. Struttura di un file system. Montaggio di un file system. Metodi di allocazione dello spazio su disco: contiguo, concatenato, indicizzato. Gestione dello spazio libero su disco: tramite vettore di bit, tramite liste. Realizzazione delle directory: liste lineari, tabelle hash.

* Sistema di I/O: Sistemi di Input/Output, Hardware per I/O. Tecniche di I/O: programmato, con interrupt, con DMA. Device driver e interfaccia verso le applicazioni. Servizi del kernel per I/O: scheduling, buffering, caching, spooling.

Laboratorio:
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* Programmazione della shell in ambiente Unix/Linux.
* Introduzione alla programmazione di sistema in ambiente Unix/Linux.
* Chiamate di sistema per la gestione dell'I/O.
* Chiamate di sistema per la gestione dei processi.
* Chiamate di sistema e tecniche di comunicazione e sincronizzazione inter-processo (pipe, fifo, code di messaggi, memoria condivisa, semafori, ...).

Bibliografia

Modalità d'esame

Per superare l'esame gli studenti dovranno dimostrare di:
- aver compreso i principi alla base del funzionamento di un sistema operativo
- essere in grado di esporre le proprie argomentazioni in modo preciso e organico senza divagazioni
- saper applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi applicativi presentati sotto forma di esercizi, domande e progetti.

Teoria
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L'esame della parte di teoria consiste in una prova scritta, contenente domande a risposta multipla, domande a risposta aperta ed esercizi.
E' prevista una prova intermedia a fine Novembre.

Laboratorio
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L'esame di laboratorio può essere superato in due modi: orale o scritto.

Modalità orale:
Durante il corso lo studente dovrà consegnare alcuni elaborati rispettando le scadenze elencate nel calendario delle lezioni. Quindi, al termine del corso, nella prima settimana di Luglio, lo studente sosterrà una prova orale in cui verranno discussi gli elaborati.
Chi non consegna tutti gli elaborati non può fare l'orale e deve sostenere l'esame come indicato nella modalità "scritto".
E' possibile sostenere la modalità orale solo nella sessione d'esame di Luglio.

Modalità scritto:
L'esame consiste nel risolvere alcuni problemi di programmazione di sistema (tramite programmi C o script di shell) durante uno degli altri appelli.

Voto finale
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Il voto finale si ottiene dalla seguente formula:
Voto = Voto_teoria*0,5 + Voto_laboratorio*0,5.