SISTEMI OPERATIVI A - L

Anno accademico 2022/2023 - Docente: MARIO DI RAIMONDO

Risultati di apprendimento attesi

  • 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

Lezioni frontali in aula su argomenti di teoria e su sviluppo codice per la parte di laboratorio.

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

requisiti: basi di programmazione, conoscenza dell'architettura di un calcolatore

propedeuticità: Architettura degli Elaboratori, Programmazione 1

Frequenza lezioni

Frequenza delle lezioni non obbligatoria ma fortemente consigliata per garantire un idoneo grado di comprensione degli argomenti proposti.

Contenuti del corso

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. Nella parte di laboratorio si approfondirà l'uso di strumenti standard (POSIX) in ambienti UNIX-compatibili per la gestione di processi e thread nonché la comunicazione e coordinamento tra questi.

Testi di riferimento


AutoreTitoloEditoreAnnoISBN
Andrew S. Tanenbaum, Herbert BosI moderni sistemi operativi (quarta edizione)Pearson20169788891912695
Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg GagneSistemi operativi – Concetti ed esempi (nona edizione)Pearson20149788865183717

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Teoria:
2Introduzione al concetto di sistema operativocap.1 di [TB], cap.1 di [SGG]
3Richiami all'architettura degli elaboratoricap.1 di [TB], cap.1 di [SGG]
4Struttura di un sistema operativocap.1 di [TB], cap.2 di [SGG]
5I processi: definizione, multiprogrammazione, stati e transizionicap.2 di [TB], cap.3,4 di [SGG]
6I thread: definizione, modelli utilizzabili; programmazione multicorecap.2 di [TB], cap.4 di [SGG]
7Sezioni 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 processicap.2 di [TB], cap.6 di [SGG]
8Problema dei 5 filosofi e dei lettori-scrittori (soluzioni basate su semafori e monitor)cap.2 di [TB], cap.6 di [SGG]
9Scheduling: scheduler e dispatchercap.2 di [TB], cap.5 di [SGG]
10Algoritmi di scheduling: progettazione, FCFS, SJF, SRTN, RR, a priorità, con code multiple, SPN, garantito, a lotteria, fair-sharecap.2 di [TB], cap.5 di [SGG]
11Scheduling dei thread e su sistemi multi-processorecap.2 di [TB], cap.5 di [SGG]
12Gestione della memoria per la multi-programmazione: swapping, rilocazione, gestione dello spazio liberocap.3 di [TB], cap.8 di [SGG]
13Memoria virtuale: paginazione, tabella delle pagine, uso di memoria associativa, varianti multi-livello, tabella delle pagine invertita, conseguenze sulla cachecap.3 di [TB], cap.8 di [SGG]
14Algoritmi di sostituzione delle pagine: progettazione, ottimale, NRU, FIFO, seconda chance, clock, LRU, NFU, aging; anomalia di Beladycap.3 di [TB], cap.9 di [SGG]
15Altri 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, slab allocatorcap.3 di [TB], cap.9 di [SGG]
16File-system: astrazione, file, directorycap.4 di [TB], cap.10 di [SGG]
17Progettazione 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]
18Altri aspetti tecnici sui file-system: controlli di consistenza, journalingcap.4 di [TB], cap.11 di [SGG]
19Accenni sui file-system storici e contemporanei: FAT-[12,16,32,64], NTFS, ext-[2,3,4], BTRFScap.4,10,11 di [TB], cap.21,22 di [SGG]
20Scheduling del disco e relativi algoritmi: FCFS, SSTF, algoritmo dell'ascensore, variante circolarecap.5 di [TB], cap.12 di [SGG]
21Sistemi RAID: principi di base, RAID-[0,1,2,3,4,5]cap.5 di [TB], cap.12 di [SGG]
22Memorie flash, dischi a stato solido (SSD) e implicazioni sui file systemrisorse esterne
23Laboratorio:risorse esterne, man page
24Gestione dell'I/O su file, chiamate di servizio relative al file-system e alla mappatura dei file in memoria
25Gestione dei processi e dei thread: creazione e coordinamento tramite attesa
26Coordinamento tramite mutex/lock, semafori contatori, variabili condizione (in stile monitor), lock per reader/writer e barriere
27Accenno ai segnali sui sistemi UNIX

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è composto da due prove da superare in ordine eventualmente su appelli diversi:

  • prova di teoria: prevede, nell'ambito di un unico appello, una prova scritta o a computer seguita da un colloquio orale sulla parte di teoria del programma; 
  • prova pratica di laboratorio: superata la teoria, prevede una sessione in 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.

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

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.