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.

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.

* 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.

* 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.

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, ...).
* Programmazione tramite thread.

Bibliografia

Modalità d'esame

Teoria:
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L'esame 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 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.

Le date delle prove parziali e degli appelli per l'A.A. 2013/2014 sono disponibili nella sezione materiale didattico.