SISTEMI OPERATIVI
Anno accademico 2015/2016 - 2° anno - Curriculum A e Curriculum BCrediti: 9
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 153 di studio individuale, 72 di lezione frontale
Semestre: 2°
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.
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. 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
autori: Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos
titolo: I moderni sistemi operativi (quarta edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2016
ISBN: 9788891901019
autori: Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne
titolo: Sistemi operativi – Concetti ed esempi (nona edizione)
casa editrice: Pearson
anno di pubblicazione: 2014
ISBN: 9788865183717
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | Teoria: | ||
| 2 | * | Introduzione al concetto di sistema operativo | |
| 3 | Richiami sull'architettura degli elaboratori | ||
| 4 | * | Struttura di un sistema operativo | |
| 5 | * | I processi: definizione, multiprogrammazione, stati e transizioni | |
| 6 | * | I thread: definizione, modelli utilizzabili; programmazione multicore | |
| 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 | |
| 8 | * | Problema dei 5 filosofi e dei lettori-scrittori (soluzioni basate su semafori e monitor) | |
| 9 | * | Scheduling: scheduler e dispatcher | |
| 10 | * | Algoritmi di scheduling: progettazione, FCFS, SJF, SRTN, RR, a priorità, con code multiple, SPN, garantito, a lotteria, fair-share | |
| 11 | * | Scheduling dei thread e su sistemi multi-processore | |
| 12 | Scheduling su Windows 8 e Linux (task, O(1) e CFS) | ||
| 13 | * | Gestione della memoria per la multi-programmazione: swapping, rilocazione, gestione dello spazio libero | |
| 14 | * | Memoria virtuale: paginazione, tabella delle pagine, uso di memoria associativa, varianti multi-livello, tabella delle pagine invertita, conseguenze sulla cache | |
| 15 | * | Algoritmi di sostituzione delle pagine: progettazione, ottimale, NRU, FIFO, seconda chance, clock, LRU, NFU, aging; anomalia di Belady | |
| 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 me | |
| 17 | * | Segmentazione | |
| 18 | Gestione della memoria su Linux | ||
| 19 | * | File-system: astrazione, file, directory | |
| 20 | * | Progettazione di un file-system: allocazione dei file (contigua, concatenata, tabellare e indicizzata), directory, hard/soft-link, VFS, gestione blocchi liberi (con bitmap e con lista concatenata) | |
| 21 | * | Altri aspetti tecnici sui file-system: quote, controlli di consistenza, Log-structured FS (LFS), journaling, cache del disco, deframmentazione | |
| 22 | Accenni sui file-system storici e contemporanei: FAT-[12,16,32,64], NTFS, ext-[2,3,4], BTRFS | ||
| 23 | * | Scheduling del disco e relativi algoritmi: FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK | |
| 24 | * | Sistemi RAID: principi di base, RAID-[0,1,2,3,4,5] | |
| 25 | Memorie flash, dischi a stato solido (SSD) e implicazioni sui file system | ||
| 26 | Laboratorio: | ||
| 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 |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
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).
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, tipicamente con soluzione, svolte fino ad oggi.