1002037 - SISTEMI OPERATIVI A - L

Conoscenza e capacità di comprensione.

Al completamento del corso, gli studenti avranno acquisito: Comprensione dei concetti di base inerenti il progetto di sistemi operativi; Conoscenza delle system call in ambiente Linux/UNIX; Conoscenza della struttura dei sistemi operativi e capacità di comprensione delle relative problematiche di progetto e delle politiche utilizzate per la virtualizzazione e per la gestione delle risorse (CPU, memoria centrale, memoria di massa, periferiche); Conoscenza dei concetti di processo e di thread e capacità di comprensione della loro gestione; Conoscenza delle tecniche di gestione della concorrenza su risorse mutuamente esclusive.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.

A fine corso gli studenti saranno in grado di sviluppare programmi che utilizzino le system call Linux per: creazione e gestione di processi, invio/gestione di segnali, interazione e comunicazione tra processi; gestione della concorrenza su risorse condivise; sviluppo di applicazioni multithread. Gli studenti sapranno inoltre applicare le conoscenze acquisite alla scelta sia dei componenti SW sia delle system call Linux più adeguati al problema da risolvere.

Autonomia di giudizio.

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di individuare il sistema operativo più adeguato al problema progettuale da affrontare. Inoltre, saranno in grado di scegliere un’adeguata soluzione software basata su API Linux per ciascuno degli argomenti trattati all'interno del corso. Tale capacità è affinata attraverso le esercitazioni svolte durante il corso e lo svolgimento di opportuni quesiti di programmazione in sede d'esame.

Abilità comunicative.

Al termine del corso, gli studenti avranno acquisito padronanza della terminologia tecnica dei sistemi operativi e saranno in grado di discutere e fornire raccomandazioni sulla progettazione e sull'utilizzo dei sistemi operativi sia con un pubblico specialista che non specialista, illustrando in modo chiaro e inequivocabile le varie scelte progettuali effettuate per la risoluzione dei problemi.

Capacità di apprendimento.

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di ampliare autonomamente le proprie conoscenze sui sistemi operativi attraverso l’approfondimento dei testi di riferimento e la lettura di articoli su riviste specializzate. Saranno inoltre in grado di apprendere le nuove funzionalità e caratteristiche che vengono sviluppate sui sistemi operativi Linux attraverso la consultazione dei manuali e della documentazione ufficiale.

Il corso si basa essenzialmente su lezioni frontali, che includono lo svolgimento di esercizi da parte dei docenti. Gli esercizi proposti vengono affrontati dai docenti tramite l'uso di computer connesso a proiettore. Il corso prevede anche esercitazioni pratiche svolte dagli studenti. Tali esercitazioni vengono svolte anche nelle aule multimediali dell'Ateneo. Ad ogni studente viene assegnato un compito che deve essere svolto al calcolatore. I docenti supervisionano 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.

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.

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.

-Sulla programmazione:

“familiarità con l’uso dei parametri argc e argv nella funzione main()”

“uso dei puntatori e dei vettori in ANSI C”

“uso dei vettori di strutture in ANSI C”

“implementazione di liste, pile e code in ANSI C”

“programmazione con funzioni e passaggio di parametri per valore e per riferimento”

“puntatori a funzione”

“tabelle hash”.

La frequenza è fortemente consigliata.

Gli asterischi (*) indicano le competenze minime.

• Generalità sui sistemi operativi. Gestione delle risorse. Interfaccia utente. Concetto di Kernel. Il sistema GNU/Linux. Struttura dei sistemi operativi: monolitici, microkernel, ibridi, client/server. System call. System call di Unix/Linux.         (*)
• Software libero e relative licenze d'uso. GPL.        
• Generalità su UNIX e sullo standard POSIX.
• Classificazione dei sistemi operativi. Scelte progettuali relative alle diverse tipologie di SO.  
  
• Sistemi operativi per architetture multiprocessore. 
• Virtualizzazione. Macchine virtuali. Hypervisor di livello 1 e 2. (*)
  
• Concetto di Processo. Diagramma a stati di un processo. Interruzioni hardware e software e loro gestione nei sistemi operativi. System call per creazione e gestione di processi: fork(), exit(), wait(), waitpid(). Famiglia delle exec().         (*)
• Segnali e loro gestione. System call kill(), signal(), alarm(), sigaction(). Esempi di programmi che impiegano tutte le system call menzionate.          (*)
• Thread. Generalità, caratteristiche. Implementazione dei thread: user space, kernel space, ibride (con riferimento alle scelte progettuali dei principali SO).         (*)
• La libreria Pthread. Funzioni pthread_create(), pthread_join(), pthread_exit(), pthread_detach, pthread_attr_init(). Cancellazione di thread. Esempi di programmi che usano la libreria Pthread.         (*)
• Linux: Esercitazione sui comandi di shell.         (*)
• Cenni di programmazione della shell.
• Esercitazioni sui contenuti precedenti         (*)
• Sezione critica. Mutua esclusione con attesa attiva. Semafori. Problema del produttore e del consumatore e sua soluzione tramite semafori. Mutex.   Implementazione con thread in user space. Funzioni pthread_mutex.          (*)
• IPC in Linux. Semafori: semget(), semop(), semctl(). Code di messaggi: msgget(), msgsnd(), msgrcv(), msgctl(). Shared memory: shmget(), shmat(), shmdt(), shmctl(). Esempi di programmi.          (*)
• File System e System call sui file.         (*)
• Comunicazione nei sistemi client-server: socket.          (*)
• Deadlock. Definizione del problema e strategie di gestione.         (*)
• 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     (*)
• Cenni sullo scheduling di Linux: Completely Fair Scheduler.

1) Per la parte teorica:

Andrew S. Tanenbaum, H. Bos “I moderni sistemi operativi 5/Ed." Pearson Italia, 2023, ISBN 9788891931955.

(In alternativa: Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne, “Sistemi Operativi, Concetti e esempi” Decima Edizione, Pearson, ISBN 9788891904553), 2019.

2) Per la parte pratica:

R. Stones, N. Matthew, “Beginning Linux Programming”, 4th edition, Wrox Press, 2007. Disponibile in rete.

Gli appelli sono fissati di concerto con il CdS in ottemperanza alle modalità stabilite dal calendario accademico. Prenotazione obbligatoria tramite portale di Ateneo. La data di chiusura delle prenotazioni è fissata di norma uno-due giorni prima dell’esame per questioni logistiche (il numero di postazioni limitate per la prova scritta al calcolatore richiede la necessità di programmare più turni nello stesso appello).

L’esame si compone di una prova scritta, seguita da una prova orale facoltativa. La prova scritta, della durata di 3 ore, è rappresentata da un elaborato al calcolatore, del valore di 18 punti, e da una sezione teorica,  composta da quesiti a risposta aperta, del valore complessivo di 12/30 punti. La prova scritta si intende superata se il voto è maggiore o uguale a 18/30. Sul sito della materia disponibile su Studium (www.studium.it) è presente un facsimile della prova scritta che specifica sia le tipologie di problemi somministrati sia le relative votazioni. La prova orale è facoltativa e può essere svolta solo nello stesso appello in cui la prova scritta è stata superata. La prova orale verte sugli argomenti teorici svolti a lezione.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

System call per la gestione dei processi e dei segnali.

Differenze tra thread e processi.

Implementazioni di thread.

La libreria dei thread.

Mutua esclusione e relative soluzioni.

Meccanismi di Inter Process Communication.