Corso di laurea in Informatica
Anno accademico 2020/2021 - 2° anno - Curriculum Information Technology
OPERATING SYSTEMS & LABORATORY
Docente titolare dell'insegnamento
MARIO DI RAIMONDOObiettivi formativi
- OPERATING SYSTEMS
- Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): lo studente sarà in grado di comprendere problematiche quali l’organizzazione di un sistema di calcolo moderno, la gestione delle risorse di un sistema di calcolo (memoria, CPU, dispositivi esterni), e la gestione e la sincronizzazione dei processi e dei thread in un sistema multiprogrammato e a condivisione del tempo. Tramite lo studio del kernel del sistema operativo Linux lo studente avrà una conoscenza pratica delle più moderne tecniche nel campo dei sistemi operativi.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente sarà in grado di utilizzare le metodologie apprese per analizzare le prestazioni di un sistema operativo in un particolare contesto applicativo; saprà formulare alternative o proporre soluzioni originali a problemi legati al funzionamento dei sistemi di calcolo complessi; saprà porre e sostenere argomentazioni nell’ambito dei sistemi operativi, evidenziando vantaggi e svantaggi di particolari soluzioni implementative; infine, grazie alle conoscenze acquisite nella parte di laboratorio, potrà operare attivamente su un sistema operativo UNIX-like attraverso la shell di comando e, dal punto di vista della programmazione, attraverso le chiamate di sistema POSIX.
- Autonomia di giudizio (making judgements): lo studente sarà in grado di seguire i trend moderni nell’ambito della progettazione di sistemi operativi; sarà in grado di raccogliere i dati necessari alla valutazione delle prestazioni di un particolare sistema operativo, e di interpretare i risultati della valutazione; infine, sarà in grado di elaborare i requisiti necessari alla progettazione di un nuovo sistema operativo, e di valutare l’efficacia di diverse soluzioni alternative.
- Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti l’oggetto del corso; sarà in grado di sostenere conversazioni su tematiche relative ai moderni sistemi operativi, di confrontare diversi sistemi operativi, e di offrire possibili soluzioni.
- Capacità di apprendimento (learning skills): lo studente avrà appreso le interazioni tra le tematiche dei sistemi operativi, della progettazione software, e dell’importanza di adeguati supporti hardware e questo gli consentirà di proseguire gli studi universitari con un elevato grado di autonomia.
- LABORATORY
- Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): lo studente sarà in grado di comprendere problematiche quali l’organizzazione di un sistema di calcolo moderno, la gestione delle risorse di un sistema di calcolo (memoria, CPU, dispositivi esterni), e la gestione e la sincronizzazione dei processi e dei thread in un sistema multiprogrammato e a condivisione del tempo. Tramite lo studio del kernel del sistema operativo Linux lo studente avrà una conoscenza pratica delle più moderne tecniche nel campo dei sistemi operativi.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente sarà in grado di utilizzare le metodologie apprese per analizzare le prestazioni di un sistema operativo in un particolare contesto applicativo; saprà formulare alternative o proporre soluzioni originali a problemi legati al funzionamento dei sistemi di calcolo complessi; saprà porre e sostenere argomentazioni nell’ambito dei sistemi operativi, evidenziando vantaggi e svantaggi di particolari soluzioni implementative; infine, grazie alle conoscenze acquisite nella parte di laboratorio, potrà operare attivamente su un sistema operativo UNIX-like attraverso la shell di comando e, dal punto di vista della programmazione, attraverso le chiamate di sistema POSIX.
- Autonomia di giudizio (making judgements): lo studente sarà in grado di seguire i trend moderni nell’ambito della progettazione di sistemi operativi; sarà in grado di raccogliere i dati necessari alla valutazione delle prestazioni di un particolare sistema operativo, e di interpretare i risultati della valutazione; infine, sarà in grado di elaborare i requisiti necessari alla progettazione di un nuovo sistema operativo, e di valutare l’efficacia di diverse soluzioni alternative.
- Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti l’oggetto del corso; sarà in grado di sostenere conversazioni su tematiche relative ai moderni sistemi operativi, di confrontare diversi sistemi operativi, e di offrire possibili soluzioni.
- Capacità di apprendimento (learning skills): lo studente avrà appreso le interazioni tra le tematiche dei sistemi operativi, della progettazione software, e dell’importanza di adeguati supporti hardware e questo gli consentirà di proseguire gli studi universitari con un elevato grado di autonomia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
- OPERATING SYSTEMS
Lezioni frontali in aula su argomenti di teoria e su sviluppo codice per la parte di laboratorio. Il corso può prevedere dei seminari tenuti da esperti esterni su argomenti correlati e d'attualità.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
- LABORATORY
Lezioni frontali in aula su argomenti di teoria e su sviluppo codice per la parte di laboratorio. Il corso può prevedere dei seminari tenuti da esperti esterni su argomenti correlati e d'attualità.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
- OPERATING SYSTEMS
requisiti: basi di programmazione, conoscenza dell'architettura di un calcolatore
propedeuticità: Architettura degli Elaboratori, Programmazione 1 - LABORATORY
requisiti: basi di programmazione, conoscenza dell'architettura di un calcolatore
propedeuticità: Architettura degli Elaboratori, Programmazione 1
Frequenza lezioni
- OPERATING SYSTEMS
Frequenza delle lezioni non obbligatoria ma fortemente consigliata per garantire un idoneo grado di comprensione degli argomenti proposti.
- LABORATORY
Frequenza delle lezioni non obbligatoria ma fortemente consigliata per garantire un idoneo grado di comprensione degli argomenti proposti.
Contenuti del corso
- OPERATING SYSTEMS
Il corso è una introduzione ai principi ed al progetto di sistemi operativi, essenziali per coordinare le attività e le risorse di un sistema di calcolo. Sono affrontati i principali temi dalle architetture software alla gestione dei processi e delle risorse del sistema. Con riferimento ai sistemi UNIX, nella parte di laboratorio si affronta l'uso della shell e la programmazione in linguaggio C degli aspetti cruciali legati ai processi, alla memoria e all'inter-process communication (IPC).
- LABORATORY
Il corso è una introduzione ai principi ed al progetto di sistemi operativi, essenziali per coordinare le attività e le risorse di un sistema di calcolo. Sono affrontati i principali temi dalle architetture software alla gestione dei processi e delle risorse del sistema. Con riferimento ai sistemi UNIX, nella parte di laboratorio si affronta l'uso della shell e la programmazione in linguaggio C degli aspetti cruciali legati ai processi, alla memoria e all'inter-process communication (IPC).
Testi di riferimento
- OPERATING SYSTEMS
autori: Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos
titolo: I moderni sistemi operativi (quarta edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2016
ISBN: 9788891912695autori: Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne
titolo: Sistemi operativi – Concetti ed esempi (nona edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2014
ISBN: 9788865183717 - LABORATORY
autori: Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos
titolo: I moderni sistemi operativi (quarta edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2016
ISBN: 9788891912695autori: Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne
titolo: Sistemi operativi – Concetti ed esempi (nona edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2014
ISBN: 9788865183717
Altro materiale didattico
- OPERATING SYSTEMS
Disponibile sul sito del corso.
- LABORATORY
Disponibile sul sito del corso.
Programmazione del corso
| LABORATORY | ||
| Argomenti | Riferimenti testi | |
| 1 | Teoria: | |
| 2 | Introduzione al concetto di sistema operativo | cap.1 di [TB], cap.1 di [SGG] |
| 3 | Richiami sull'architettura degli elaboratori | cap.1 di [TB], cap.1 di [SGG] |
| 4 | Struttura di un sistema operativo | cap.1 di [TB], cap.2 di [SGG] |
| 5 | I processi: definizione, multiprogrammazione, stati e transizioni | cap.2 di [TB], cap.3,4 di [SGG] |
| 6 | I thread: definizione, modelli utilizzabili; programmazione multicore | cap.2 di [TB], cap.4 di [SGG] |
| 7 | Sezioni critiche e mutua esclusione: variabili di lock, alternanza stretta, soluzione di Peterson, istruzioni TSL/XCHG, semafori, mutex lock in spazio utente, futex, monitor, messaggi tra processi | cap.2 di [TB], cap.6 di [SGG] |
| 8 | Problema dei 5 filosofi e dei lettori-scrittori (soluzioni basate su semafori e monitor) | cap.2 di [TB], cap.6 di [SGG] |
| 9 | Scheduling: scheduler e dispatcher | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 10 | Algoritmi di scheduling: progettazione, FCFS, SJF, SRTN, RR, a priorità, con code multiple, SPN, garantito, a lotteria, fair-share | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 11 | Scheduling dei thread e su sistemi multi-processore | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 12 | Scheduling su Windows 8 e Linux (task, O(1) e CFS) | cap.10,11 di [TB], cap.21,22 di [SGG] |
| 13 | Gestione della memoria per la multi-programmazione: swapping, rilocazione, gestione dello spazio libero | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 14 | Memoria virtuale: paginazione, tabella delle pagine, uso di memoria associativa, varianti multi-livello, tabella delle pagine invertita, conseguenze sulla cache | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 15 | Algoritmi di sostituzione delle pagine: progettazione, ottimale, NRU, FIFO, seconda chance, clock, LRU, NFU, aging; anomalia di Belady | cap.3 di [TB], cap.9 di [SGG] |
| 16 | Altri aspetti legati alla gestione della memoria: allocazione dei frame, working set, controllo del carico, dimensione delle pagine, condivisione delle pagine, copy-on-write, zero-fill-on-demand, librerie condivise, mappatura di file, allocazione della memoria del kernel | cap.3 di [TB], cap.9 di [SGG] |
| 17 | Segmentazione | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 18 | Gestione della memoria su Linux | cap.10 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 19 | File-system: astrazione, file, directory | cap.4 di [TB], cap.10 di [SGG] |
| 20 | Progettazione di un file-system: allocazione dei file (contigua, concatenata, tabellare e indicizzata), directory, hard/soft-link, gestione blocchi liberi (con bitmap e con lista concatenata) | cap.4 di [TB], cap.11 di [SGG] |
| 21 | Altri aspetti tecnici sui file-system: controlli di consistenza, journaling, deframmentazione | cap.4 di [TB], cap.11 di [SGG] |
| 22 | Accenni sui file-system storici e contemporanei: FAT-[12,16,32,64], NTFS, ext-[2,3,4], BTRFS | cap.4,10,11 di [TB], cap.21,22 di [SGG] |
| 23 | Scheduling del disco e relativi algoritmi: FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK | cap.5 di [TB], cap.12 di [SGG] |
| 24 | Sistemi RAID: principi di base, RAID-[0,1,2,3,4,5] | cap.5 di [TB], cap.12 di [SGG] |
| 25 | Memorie flash, dischi a stato solido (SSD) e implicazioni sui file system | risorse esterne |
| 26 | Laboratorio: | risorse esterne, man page |
| 27 | Tutorial sull'uso della shell UNIX | |
| 28 | L'uso delle chiamate di sistema | |
| 29 | Gestione dell'I/O su file e chiamate di servizio relative al file-system e alla mappatura dei file in memoria | |
| 30 | Gestione dei processi: creazione, coordinamento, esecuzione di comandi esterni | |
| 31 | Chiamate per la comunicazione tra processi tramite pipe e FIFO | |
| 32 | Chiamate per la comunicazione tra processi tramite messaggi | |
| 33 | Chiamate per la gestione della memoria condivisa tra i processi | |
| 34 | Chiamate per la gestione dei semafori | |
| 35 | Segnali sui sistemi UNIX | |
| LABORATORY | ||
| Argomenti | Riferimenti testi | |
| 1 | Teoria: | |
| 2 | Introduzione al concetto di sistema operativo | cap.1 di [TB], cap.1 di [SGG] |
| 3 | Richiami sull'architettura degli elaboratori | cap.1 di [TB], cap.1 di [SGG] |
| 4 | Struttura di un sistema operativo | cap.1 di [TB], cap.2 di [SGG] |
| 5 | I processi: definizione, multiprogrammazione, stati e transizioni | cap.2 di [TB], cap.3,4 di [SGG] |
| 6 | I thread: definizione, modelli utilizzabili; programmazione multicore | cap.2 di [TB], cap.4 di [SGG] |
| 7 | Sezioni critiche e mutua esclusione: variabili di lock, alternanza stretta, soluzione di Peterson, istruzioni TSL/XCHG, semafori, mutex lock in spazio utente, futex, monitor, messaggi tra processi | cap.2 di [TB], cap.6 di [SGG] |
| 8 | Problema dei 5 filosofi e dei lettori-scrittori (soluzioni basate su semafori e monitor) | cap.2 di [TB], cap.6 di [SGG] |
| 9 | Scheduling: scheduler e dispatcher | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 10 | Algoritmi di scheduling: progettazione, FCFS, SJF, SRTN, RR, a priorità, con code multiple, SPN, garantito, a lotteria, fair-share | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 11 | Scheduling dei thread e su sistemi multi-processore | cap.2 di [TB], cap.5 di [SGG] |
| 12 | Scheduling su Windows 8 e Linux (task, O(1) e CFS) | cap.10,11 di [TB], cap.21,22 di [SGG] |
| 13 | Gestione della memoria per la multi-programmazione: swapping, rilocazione, gestione dello spazio libero | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 14 | Memoria virtuale: paginazione, tabella delle pagine, uso di memoria associativa, varianti multi-livello, tabella delle pagine invertita, conseguenze sulla cache | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 15 | Algoritmi di sostituzione delle pagine: progettazione, ottimale, NRU, FIFO, seconda chance, clock, LRU, NFU, aging; anomalia di Belady | cap.3 di [TB], cap.9 di [SGG] |
| 16 | Altri aspetti legati alla gestione della memoria: allocazione dei frame, working set, controllo del carico, dimensione delle pagine, condivisione delle pagine, copy-on-write, zero-fill-on-demand, librerie condivise, mappatura di file, allocazione della memoria del kernel | cap.3 di [TB], cap.9 di [SGG] |
| 17 | Segmentazione | cap.3 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 18 | Gestione della memoria su Linux | cap.10 di [TB], cap.8 di [SGG] |
| 19 | File-system: astrazione, file, directory | cap.4 di [TB], cap.10 di [SGG] |
| 20 | Progettazione di un file-system: allocazione dei file (contigua, concatenata, tabellare e indicizzata), directory, hard/soft-link, gestione blocchi liberi (con bitmap e con lista concatenata) | cap.4 di [TB], cap.11 di [SGG] |
| 21 | Altri aspetti tecnici sui file-system: controlli di consistenza, journaling, deframmentazione | cap.4 di [TB], cap.11 di [SGG] |
| 22 | Accenni sui file-system storici e contemporanei: FAT-[12,16,32,64], NTFS, ext-[2,3,4], BTRFS | cap.4,10,11 di [TB], cap.21,22 di [SGG] |
| 23 | Scheduling del disco e relativi algoritmi: FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK | cap.5 di [TB], cap.12 di [SGG] |
| 24 | Sistemi RAID: principi di base, RAID-[0,1,2,3,4,5] | cap.5 di [TB], cap.12 di [SGG] |
| 25 | Memorie flash, dischi a stato solido (SSD) e implicazioni sui file system | risorse esterne |
| 26 | Laboratorio: | risorse esterne, man page |
| 27 | Tutorial sull'uso della shell UNIX | |
| 28 | L'uso delle chiamate di sistema | |
| 29 | Gestione dell'I/O su file e chiamate di servizio relative al file-system e alla mappatura dei file in memoria | |
| 30 | Gestione dei processi: creazione, coordinamento, esecuzione di comandi esterni | |
| 31 | Chiamate per la comunicazione tra processi tramite pipe e FIFO | |
| 32 | Chiamate per la comunicazione tra processi tramite messaggi | |
| 33 | Chiamate per la gestione della memoria condivisa tra i processi | |
| 34 | Chiamate per la gestione dei semafori | |
| 35 | Segnali sui sistemi UNIX | |
Verifica dell'apprendimento
MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
- OPERATING SYSTEMS
L'esame prevede:
- una prova scritta di teoria: si tratta di un questionario, con risposte a scelta multipla e/o aperte, su argomenti relativi alla teoria;
- una prova pratica di laboratorio: si tratta di una sessione di laboratorio in cui lo studente dovrà scrivere un programma in linguaggio C che risolva un problema proposto facendo uso dei costrutti e delle chiamate di sistema UNIX viste a lezione; si lavorerà in un ambiente ad-hoc in cui sarà possibile consultare solo la documentazione di sistema e le proiezioni viste a lezione;
- un colloquio orale obbligatorio su tutto il programma (teoria e laboratorio).
Verificare tutti i dettagli sulla modalità di prenotazione sul sito del corso.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
- LABORATORY
L'esame prevede:
- una prova scritta di teoria: si tratta di un questionario, con risposte a scelta multipla e/o aperte, su argomenti relativi alla teoria;
- una prova pratica di laboratorio: si tratta di una sessione di laboratorio in cui lo studente dovrà scrivere un programma in linguaggio C che risolva un problema proposto facendo uso dei costrutti e delle chiamate di sistema UNIX viste a lezione; si lavorerà in un ambiente ad-hoc in cui sarà possibile consultare solo la documentazione di sistema e le proiezioni viste a lezione;
- un colloquio orale obbligatorio su tutto il programma (teoria e laboratorio).
Verificare tutti i dettagli sulla modalità di prenotazione sul sito del corso.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
- OPERATING SYSTEMS
Sulla pagina del corso sono disponibili:
- un fac-simile della prova scritta (vedi la sezione FAQ);
- una serie di esercizi di laboratorio che gli studenti sono invitati a svolgere durante il corso;
- tutte le prove di laboratorio, alcune con soluzione, svolte fino ad oggi.
- LABORATORY
Sulla pagina del corso sono disponibili:
- un fac-simile della prova scritta (vedi la sezione FAQ);
- una serie di esercizi di laboratorio che gli studenti sono invitati a svolgere durante il corso;
- tutte le prove di laboratorio, alcune con soluzione, svolte fino ad oggi.
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