SISTEMI OPERATIVI - canale 2

ING-INF/05 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

SALVATORE CAVALIERI


Obiettivi formativi

Obiettivo formativo del corso è acquisire la conoscenza dei concetti di base inerenti il progetto di sistemi operativi e la stesura di programmi che sfruttano le System Call in ambiente Linux/UNIX.

Alla fine del corso gli allievi:

-Conosceranno la struttura dei Sistemi Operativi, le relative problematiche di progetto e le politiche utilizzate per la virtualizzazione e per la gestione delle risorse (CPU, memoria centrale, memoria di massa, periferiche).

- Avranno acquisito conoscenze sui concetti di processo e di thread e sulla loro gestione.

- Avranno acquisito conoscenze sulle tecniche di gestione della concorrenza su risorse mutuamente esclusive.

- Avranno acquisito familiarità nell’interazione con la shell di Linux.

Gli allievi a fine corso saranno in grado di scrivere applicazioni contenenti system call per:

- creazione e gestione di processi, invio/gestione segnali, interazione e comunicazione tra processi;

- gestire la concorrenza sulle risorse condivise;

- creare applicazioni multithread.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il corso si basa essenzialmente su lezioni frontali, che includono lo svolgimento di esercizi da parte del docente. Gli esercizi proposti vengono affrontati dal docente tramite l'uso di computer connesso a proiettore. Il corso prevede anche esercitazioni pratiche svolte dagli studenti. Tali esercitazioni vengono svolte nelle aule multimediali dell'Ateneo. Ad ogni studente viene assegnato un compito che deve essere svolto al calcolatore. Il docente supervisiona il lavoro degli studenti fornendo le spiegazioni e gli aiuti didattici necessari per il completare i compiti assegnati.
Le modalità di svolgimento dell'insegnamento appena descritte permettono il raggiungimento degli obiettivi formativi prefissati, che includono l’acquisizione di conoscenze e la capacità di applicare la conoscenza.


Prerequisiti richiesti

Requisiti necessari ad affrontare con successo gli argomenti del corso:

-Conoscenza generale dell’architettura del calcolatore, in particolare: CPU, interruzioni, registri, memorie, tipologie di architetture multiprocessore, dispositivi di I/O.

-Capacità di programmazione e conoscenza del Linguaggio ANSI C

-Conoscenza delle principali strutture dati: liste, pile, code, tabelle hash, alberi e grafi e delle loro implementazione in linguaggio ANSI C



Frequenza lezioni

La frequenza è fortemente consigliata sia per le prove in itinere sia per sostenere la prova d’esame



Contenuti del corso

UNITÀ DIDATTICA 1: EVOLUZIONE, STRUTTURA E CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI OPERATIVI. IL SISTEMA GNU/LINUX. VIRTUALIZZAZIONE.

 

UNITÀ DIDATTICA 2: PROCESSI E THREAD

 

UNITÀ DIDATTICA 3: GESTIONE DELLA CONCORRENZA, INTER PROCESS COMMUNICATION, DEADLOCK.

 

 

UNITÀ DIDATTICA 4: SCHEDULAZIONE DELLA CPU

 

UNITÀ DIDATTICA 5: GESTIONE DELLA MEMORIA CENTRALE, MEMORIA DI MASSA E I/O



Testi di riferimento

Per la parte teorica: [1] Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne, “Sistemi Operativi, Concetti e esempi”, Nona Edizione, Pearson, ISBN 9788865183717.

In alternativa: [2] Andrew S. Tanenbaum, “I moderni sistemi operativi 4/Ed.", 2016, ISBN 9788891901019.

 

Ad integrazione della parte teorica e per tutta la parte pratica: [3] R. Stones, N. Matthew, “Beginning Linux Programming”, 4th edition, Wrox Press, 2007.


Altro materiale didattico

Dispense Docente, scaricabili dal sito www.studium.it



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1* Generalità sui sistemi operativi. Gestione delle risorse. Interfaccia utente. Concetto di Kernel. [1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
2Il sistema GNU/Linux. Software libero e relative licenze d'uso. GPL.[1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
3* Struttura dei sistemi operativi: monolitici, microkernel, ibridi, client/server. [1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
4La storia di Unix. La genealogia dei sistemi operativi. Lo standard POSIX. Peculiarità di Unix e differenze tra Unix e Linux.[1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
5* Concetto di System call e passi necessari a realizzarle. Panoramica delle system call di Unix/Linux, Windows.[1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
6Classificazione dei sistemi operativi. Scelte progettuali relative alle diverse tipologie di SO.[1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 1 
7Sistemi operativi per architetture multiprocessore.[1] Capitolo 1,2 - [2] Capitolo 8.1.2 
8Virtualizzazione. Macchine virtuali. Hypervisor di livello 1 e 2. Esempi: struttura di WMware e Virtual Box.[1] Capitolo 1,2, 16 - [2] Capitolo 1 
9* Concetto di Processo. Diagramma a stati di un processo.[1] Capitolo 3 - [2] Capitolo 2.1, 2.2 
10Interruzioni hardware e software e loro gestione nei sistemi operativi. [1] Capitolo 3 - [2] Capitolo 2.1, 2.2 
11* System call per creazione e gestione di processi: fork(), wait(), waitpid(). Famiglia delle exec(). [1] Capitolo 3 e [3] Capitolo 11 
12Cenni di system call per la gestione di processi in ambiente Windows.[1] Capitolo 3 - [2] Capitolo 2.1, 2.2 
13* Segnali e loro gestione. System call kill(), signal(), alarm(), sigaction(). [3] Capitolo 11 
14Esempi di programmi che impiegano tutte le system call sui processi e sui segnali[3] Capitolo 11 
15* Thread. Generalità, caratteristiche. Implementazione dei thread: user space, kernel space, ibride (con riferimento alle scelte progettuali dei principali SO).[1] Capitolo 4 - [2] Capitolo 2.1, 2.2 
16* La libreria Pthread. Funzioni pthread_create(), pthread_join(), pthread_exit(), pthread_detach, pthread_attr_init(). Cenni di thread in ambiente Windows. Cancellazione di thread. Esempi di programmi che usano la libreria Pthread.[3] Capitolo 12 - [2] Capitolo 2.1, 2.2 
17Linux: Esercitazione sui comandi di shell. Programmazione della shell. Shell Bash[3] Capitolo 2 
18* Sezione critica. Mutua esclusione con attesa attiva. Semafori.[1] Capitolo 5 - [3] Capitolo 14 - [2] Capitolo 2.3, 2.5 
19Problema del produttore e del consumatore e sua soluzione tramite semafori.[1] Capitolo 5 - [2] Capitolo 2.3, 2.5 
20* Mutex. Implementazione con thread in user space. Funzioni pthread_mutex.[3] Capitolo 12 
21IPC in Linux. Semafori: semget(), semop(), semctl(). Code di messaggi: msgget(), msgsnd(), msgrcv(), msgctl(). Shared memory: shmget(), shmat(), shmdt(), shmctl(). Esempi di programmi.[1] Capitolo 3 e [3] Capitolo 13 
22Comunicazione nei sistemi client-server: socket.[3] Capitolo 15 
23Deadlock. Definizione del problema e strategie di gestione. Algoritmo del banchiere con risorsa singola.[1] Capitolo 7 - [2] Capitolo 7 
24* Schedulazione della CPU. Obiettivi. Algoritmi classici: FIFO, Round-robin, Schedulazione basata su priorità. Il problema della Starvation. Code multiple. Cenni sullo scheduling nei sistemi real-time.[1] Capitolo 6 - [2] Capitolo 2.4 
25Cenni sullo scheduling di Linux: Completely Fair Scheduler.[1] Capitolo 6 
26Cenni di gestione della memoria centrale. File System e System call sui file. I/O Software. [1] Capitoli 8, 11 e 13 - [2] Capitoli 3,4,5 
27Nota: * Conoscenze Minime Irrinunciabili per il superamento dell'esame 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Gli appelli sono fissati di concerto con il CdS in ottemperanza alle modalità stabilite dal calendario accademico.

L’esame si compone di una prova scritta, seguita da una prova orale. La prova scritta, della durata di 3 ore, è rappresentata da un elaborato al calcolatore, del valore di 20 punti, e da una sezione teorica, composta da due quesiti a risposta aperta, del valore di 5 punti ciascuno.

Sul sito della materia disponibile su Studium (www.studium.it) è presente un fac simile della prova scritta che specifica sia le tipologie di problemi somministrati sia le relative votazioni.

La prova scritta si intende superata se il voto è maggiore o uguale a 18/30.

La prova orale è facoltativa e può essere svolta in un qualunque appello dell’anno accademico in cui la prova scritta è stata superata. La prova orale verte sugli argomenti teorici svolti a lezione.

Durante le lezioni sono previste due prove in itinere che, se entrambe superate, si sostituiscono alla prova scritta. La durata delle prove è di tre ore ciascuna, e consistono di una parte teorica (domande a risposta aperta) e una di programmazione. I valori in termini di punteggio associati alle varie domande e il numero di domande sono variabili tra prima e seconda prova e vengono esplicitamente indicati nel compito (es. prima prova: 6 domande da 5 punti; seconda prova: 2 domande teoriche da 5 punti e una di programmazione da 20 punti). Le prove in itinere si intendono superate se il voto ottenuto in ciascuna prova è maggiore o uguale a 18/30. In tal caso, il voto finale uguale alla media della valutazione delle due prove. E’ prevista una Prova Orale facoltativa per chi supera le prove in itinere. Le prove in itinere sono facoltative e si svolgono circa a metà corso e una a fine corso.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Sul sito docente della materia su Studium (www.studium.it) sono presenti esempi di domande ed esercizi frequenti. Per ciascuna domanda viene fornita la relativa risposta corretta. Sempre nello stesso sito sono disponibili tutti i testi dei compiti di esami assegnati in appelli precedente. Per ciascun compito viene fornita la relativa soluzione.




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