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Cos’è?
Il Sistema Operativo è un programma che gestisce il funzionamento di altri programmi, prepara i loro ambienti, li manda in esecuzione, gestisce errori. È fa da interfaccia tra hardware e software.
Infatti è un normale programma in esecuzione con il suo ciclo di fetch / execute ma ha privilegi più alti, in alcuni casi può passare questi privilegi ad altri programmi.
Servizi di un sistema operativo
Le funzionalità di base per l’utente offerte dai sistemi operativi moderni sono:
- Esecuzione di programmi anche in contemporanea.
- Accesso ai dispositivi I/O.
- Accesso al Sistema Operativo stesso tramite shell.
- Sviluppo di Programmi quindi compilatori, syscalls, debugger ecc…
- Rilevamento e reazione ad errori hardware / software.
- Accounting ovvero una collezione di statistiche di sistema e monitoraggio delle risorse. Viene utilizzato per capire cosa migliorare.
Kernel
Il kernel è il livello più basso del sistema operativo e si trova tra l’hardware e gli altri componenti del sistema operativo.
È responsabile di fornire un’interfaccia standard per l’accesso alle risorse hardware, in modo che gli altri componenti del sistema operativo possano utilizzarle in modo trasparente.
Nota
- È sempre presente nella memoria principale (RAM)
- La traduzione letterale è nucleo
Programmazione Singola e Multi Programmazione
Programmazione Singola
La programmazione singola è un approccio in cui un solo processo o programma viene eseguito alla volta. Il sistema operativo esegue un processo fino al suo completamento prima di passare al successivo.
Svantaggio Principale: quando un processo è in attesa di un input il processore rimarrà inutilizzato.
Multiprogrammazione
La multi programmazione è una tecnica che si basa sul idea che un processore deve poter eseguire più programmi contemporaneamente, condividendo le risorse del sistema.
Esempio processo I/O bound
Batch e Time Sharing
I casi visti precedentemente (qui) sono basiti su sistemi Batch
Batch
Un Sistema Batch che eseguono programmi in modo sequenziale, senza intervento umano diretto. I sistemi Batch sono considerati statici ovvero, le istruzioni da eseguire sono definite in anticipo e non cambiano durante l’esecuzione.
Svantaggi: Non adatti a sistemi con iterazione utente, e multi user.
Time Sharing
Un sistema Time Sharing è sistema operativo che consente a più utenti di accedere e utilizzare le risorse di un computer contemporaneamente, permettendo
- L’esecuzione processi in “parallelo”.
- L’esecuzione di processi interattivi.
- La condivisione delle risorse hardware.
Questo è permesso grazie allo Scheduling, ovvero un algoritmo che decide quale utente e processo deve essere eseguito in ogni time slice.
I Time Slice: il sistema divide il tempo di esecuzione della CPU in piccoli intervalli di tempo, chiamati “time slice” o “quantum”. Ogni utente e processo ha a disposizione un certo numero di time slice per eseguire le proprie istruzioni.
Multi Programmazione
Il time sharing permette la multi programmazione, infatti appena un processo deve eseguire un’operazione di I/O (Input/Output), come ad esempio leggere da un file o stampare su una stampante, il sistema operativo può sospendere il processo e assegnare la CPU ad un altro processo che è pronto per essere eseguito.
| Batch | Time Sharing | |
|---|---|---|
| Scopo principale: | Massimizzare l’uso del processore. | Minimizzare il tempo di risposta. |
| Provenienza Direttive per l’OS: | Comandi del job control language, sottomessi con il job stesso. | Comandi dati da terminale |
Struttura del Sistema Operativo
Un sistema operativo è un software enorme, per questo le sue funzionalità sono state divise in livelli.
Ogni livello si basa su quello più sotto:
- Livello 1:
- Circuiti elettrici
- Registri, celle di memoria, porte logiche
- Operazioni come reset di un registro o leggere in una locazione di memoria
- Livello 2:
- Insieme delle istruzioni macchina come add, sub, load, store.
- Livello 3:
- Aggiunge il concetto di routine, operazioni di chiamata e ritorno.
- Livello 4:
- Interruzioni.
- Livello 5:
- Processo come programma in esecuzione.
- Sospensione e ripresa di un processo.
- Livello 6:
- Dispositivi di memorizzazione secondaria
- Trasferimento di blocchi di dati
- Livello 7:
- Crea uno spazio logico degli indirizzi per i processi.
- Organizza lo spazio degli indirizzi virtuali in blocchi
- Livello 8:
- Comunicazioni fra processi
- Livello 9:
- Salvataggio di file a lungo termine
- Livello 10:
- Accesso a dispositivi esterni con interfacce standard
- Livello 11:
- Associazione tra identificatori interni ed esterni
- Livello 12:
- Supporto di alto livello per i processi
- Livello 13:
- Interfaccia utente
Kernel Moderno di Linux
I moderni kernel sono monolitici o microkernel:
- Monolitico - Tutto il sistema operativo viene caricato in RAM all’accensione.
- Microkernel - Solo una minima parte del S.O. viene caricato in RAM e il resto solo quando serve.
- Sempre in memoria: scheduler, sincronizazzione.
- Solo a richiesta: gestore memoria, filesystem, driver.
Il monolitico è più efficiente in velocità ma ovviamente occupa più memoria RAM.
Nel mondo reale
Quasi tutti i sistemi moderni sono a kernel monolitico ad eccezione di MacOS.
Linux invece è principalmente monolitico ma ha dei moduli:
- Alcune parti del sistema operativo possono essere caricate solo quando servono, la differenza è che in Linux cosa serve e cosa no lo decide l’utente e non il sistema operativo.
- Le cose che Linux non carica sono vari filesystem che non gestisce, driver per alcuni dispositivi, funzionalità di rete.