informatica generale1 parte ii architettura di un sistema informatico software di base

Informatica Generale 1

PARTE IIPARTE II

Architettura di un sistema informatico

Software di base


Software di base (o di sistema)Software di base (o di sistema)

Software (sw) = programmi Software di base = programmi che rendono

utilizzabile il computer e ne arricchiscono le funzionalità

Il sw di base include– Sistema operativo (SO)– Compilatori, linker, loader– Interpreti


Sistema Operativo: funzionalitàSistema Operativo: funzionalità

Gestire le risorse della macchina (CPU, memoria, dispositivi di I/O, file)

Dialogare con l’utente (o gli utenti)

Rendere disponibili agli utenti i traduttori e consentire l’uso dei programmi applicativi

Controllare l’uso del sistema (da parte degli utenti) a fini amministrativi


Gestione delle risorseGestione delle risorse

SO mono e multiutente– Protezione delle informazioni

Multiprogrammazione o multitasking– Più attività possono (o debbono) essere svolte

“contemporaneamente”– Programmi e processi– Competizione per le risorse– Parallelismo e concorrenza


Dialogo con l’utenteDialogo con l’utente

Interazione basata su comandi testuali


Dialogo con l’utente (2)Dialogo con l’utente (2)



Interazione mediante interfaccia grafica


Sistema operativo: architetturaSistema operativo: architettura

Modello cosiddetto “a buccia di cipolla” (o semplicemente a strati)

Ogni strato realizza una “macchina virtuale”– Usa le funzionalità della macchina sottostante– Fornisce servizi alla macchina che segue nella

gerarchia– Gestisce delle risorse mediante politiche

invisibili ai livelli superiori


Il modello a stratiIl modello a strati

HardwareGestione CPU (nucleo)

Gestione MemoriaGestione I/O

Gestione file (file system)Interprete dei comandi


Nucleo e gestione dei processiNucleo e gestione dei processi

Richiesta da soddisfare Programma in esecuzione Processo– Uso di un foglio elettronico– Stampa di un documento– Ricezione di dati da modem– …

Stati di un processo– Running– Ready– Waiting


Scheduling (schedulazione) dei processiScheduling (schedulazione) dei processi

Running Ready

Waiting

Coda dei processi Politica di assegnazione della CPU Sincronizzazione ed interruzioni

Fine quanto

Risorsaallocata

CPU allocata

RichiestaRisorsa


Tipi di multiprogrammazioneTipi di multiprogrammazione

Preemptive Cooperativa Coda singola (First In First Out) Code con priorità associata Priorità in un tipico SO per PC

– Processo in foreground priorità massima– Processi in background


Gestione dei processi: esempioGestione dei processi: esempio

ciclo: leggi op1 (leggi primo addendo) se op1=0 vai a fine (se nullo, termina)

leggi op2 (leggi secondo addendo) ris:=op1+op2 (calcola la somma) scrivi ris (scrivi il risultato) vai a ciclo (ripeti)fine: scrivi ‘’bye bye’’ (saluta)

Un semplice programma per eseguire somme ripetute

Ready Running

Waiting

Inizio


Process Control Block (PCB)Process Control Block (PCB)

Struttura dati del S.O. necessaria per la gestione dei processi

PCBase address

R1

Rn

.

.

.PCB (è il “contesto” del processo)

- PC serve per sapere da dove ricominciare l’esecuzione- R1Rn contenuto dei registri generali

ris:=op1+op2

load R1,op1load R2,op2add R1,R2store R1,ris


Gestione della memoriaGestione della memoria

Processi in esecuzione concorrente– Sistema operativo (WinNT: > 30MB)– Word processor (Winword: 48 MB)– Browser di rete (Netscape: 612 MB)– Posta elettronica (Eudora: 1.54 MB)– ….

Problemi specifici (tutti correlati)– “trovare spazio” per i programmi– “rilocare” il codice– evitare/ridurre la frammentazione


Frammentazione: esempioFrammentazione: esempio

S.O.

AB

S.O.

ABC

S.O.

1) 2)

C

Nuovo processoIl processo B

termina

3)

C

A

D

Nuovo processo:non trova spazio

La memoria liberacomplessiva sarebbesufficiente per D


Frammentazione: una soluzioneFrammentazione: una soluzione

S.O.

C

A

S.O.

CA

Si “compatta” la memoria (copiando C “più in alto”)

Nuovo problema: “aggiustare”, nel programma copiato, i riferimenti (eventuali) ad istruzioni e dati in memoria “rilocare” il codice


Rilocazione del codice (un vecchio esempio)Rilocazione del codice (un vecchio esempio)

. . .if x[1]<x[2] then z := x[1] else z := x[2];. . .

• Programma Pascal

• Programma in codice macchina (caricamento a ind. 20000)

00000000 00000000 000000000000001100000000 00000000 000000000000001000000000 00000000 0000000000000101 …………………………………….…….00000101 00000001 010011100010000000000101 00000010 010011100010010000100111 00000001 000000000000001010100011 00000000 010100100010000000000110 00000010 010011100100010010100010 00000000 010100100010100000000101 00000001 010011100010000000000110 00000001 0100111001000100…………………………………….…….

Indirizzo 20000(Inizio dati)

Indirizzo 21024

Indirizzo 21032

Indirizzo 21000(Inizio programma)


Rilocazione del codice (2)Rilocazione del codice (2)

Nella traduzione (compilazione) si ipotizza sempre il “caricamento” all’indirizzo 0

Durante il caricamento (una volta noto l’indirizzo iniziale, o “base”, ad esempio 20000) si aggiustano i riferimenti alla memoria

In alternativa, si usa un registro base per “correggere” ogni accesso alla memoria Rilocazione statica

Rilocazione dinamica


Rilocazione staticaRilocazione statica

00000000 00000000 000000000000001100000000 00000000 000000000000001000000000 00000000 0000000000000101 …………………………………….…….00000101 00000001 010011100010000000000101 00000010 010011100010010000100111 00000001 000000000000001010100011 00000000 010100100010000000000110 00000010 010011100100010010100010 00000000 010100100010100000000101 00000001 010011100010000000000110 00000001 0100111001000100…………………………………….…….

00000000 00000000 000000000000001100000000 00000000 000000000000001000000000 00000000 0000000000000101 …………………………………….…….00000101 00000001 100000000000000000000101 00000010 100000000000010000100111 00000001 000000000000001010100011 00000000 100001000000000000000110 00000010 100000000010010010100010 00000000 100001000000100000000101 00000001 100000000000000000000110 00000001 1000000000100100…………………………………….…….

Base address=20000 Base address=32768

Compilazione rilocazione e caricamento (ind. 20000) esecuzione rilocazione e caricamento (ind. 32768) esecuzione ………..


Rilocazione dinamicaRilocazione dinamica

00000000 00000000 000000000000001100000000 00000000 000000000000001000000000 00000000 0000000000000101 …………………………………….…….00000101 00000001 000000000000000000000101 00000010 000000000000010000100111 00000001 000000000000001010100011 00000000 000001000000000000000110 00000010 000000000010010010100010 00000000 000001000000100000000101 00000001 000000000000000000000110 00000001 0000000000100100…………………………………….…….

Compilazione caricamento (indirizzi relativi + base 20000) esecuzione caricamento (indirizzi relativi + base 32768) esecuzione ………..

00000000000000000100111000100000

Registro base

+... Indirizzi

assoluti


Altre tecniche di gestione della memoriaAltre tecniche di gestione della memoria

Swapping memorizzazione di processi pronti o in attesa in un’area della memoria di massa

Paginazione suddivisione di un programma in pagine logiche (e della memoria centrale in pagine fisiche)

Memoria virtuale swapping + paginazione (in prima approssimazione)


SwappingSwapping

S.O.

ABC

S.O.

1)

A

D

Nuovo processo

B

2)

D

C vienecopiatosu disco

D vienecaricato in memoria

D

Area diSwap

Tempo


PaginazionePaginazione

S.O.

AB

S.O.

ABC

S.O.

1) 2)

C

Nuovo processoIl processo B

termina

3)

C

AD

Nuovo processoS.O.

4)

C

APagine fisichenon adiacenti


Paginazione (2)Paginazione (2)

0

1

2

3

4

Proc A

0

1

2

Proc B

0

1

2

3

4

5

6

7

80

1

Proc C 9

Memoriafisica

(RAM)


Paginazione (3)Paginazione (3)

Proc A

(Ipotesi semplificativa per questo esempio: indirizzi base 10 e pagine di lunghezza 10000)

0123456789

01234

RAM di 100000 celle

0xxxx 0xxxx1xxxx 1xxxx2xxxx 2xxxx3xxxx 5xxxx4xxxx 6xxxx

Tabella di conversioneind. Logici/ind. fisici

Supporto hardware Memory Management Unit (MMU)


Memoria virtualeMemoria virtuale

Principi di località l’insieme di pagine logiche utilizzate “varia lentamente”

Non tutte le pagine logiche debbono risiedere nella RAM più processi eseguibili simult.

Ulteriore funzionalità della MMU– Page fault caricamento della pagina mancante– Pagina non utilizzata da “molto tempo”

scaricamento della pagina Illusione di (al più) 50% di RAM addizionale


Gestione delle periferiche (I/O)Gestione delle periferiche (I/O)

Componente fisica– Dispositivo di I/O (inclusi dischi e nastri)– Scheda di I/O (collegata al bus)

Componente “logica” (software)– Programma driver

Installazione– Manuale– Plug&Play (PnP)


Driver logiciDriver logici

Sono programmi del S.O.– driver “standard”– driver forniti da costruttori di periferiche

Nascondono la struttura fisica– comandi di I/O

Standardizzano l’interazione– stampante laser e stampante inkjet– floppy, hard disk e CD ROM


Esempi di comandi di I/O di alto livelloEsempi di comandi di I/O di alto livello

In forma testuale ( in S.O. con interazione testuale oppure da programma)– lpr -Plw1 pippo.txt– read(input,x,y,z)– read(nomefile,nomevar)

In forma grafica (vedi slide successiva)


Comandi di I/OComandi di I/O


Tecnica di spoolTecnica di spool

Problema: cosa succede se più processi (o più utenti) mandano“contemporaneamente” in stampa documenti sulla stessastampante?

Processo1

Processo2

Processo3

Computer 1

Computer 2

Come evitare che I dati escano nello stesso ordine in cuivengono eseguiti i comandi di uscita?


Spool di stampaSpool di stampa

Processo1

Processo2

Processo3

Processodi spool

Driver


File (management) systemFile (management) system

Creazione e cancellazione dei file

Modifica e aggiornamento

Protezione dei file e modalità di accesso

Copia, spostamento, creazione di collegamenti, ecc.

Gestione della memoria di massa


Organizzazione dei dati sulle memorie di massaOrganizzazione dei dati sulle memorie di massa

Ogni “entità referenziabile ” su disco è un file– un programma– un insieme di dati utilizzati da un programma– una base di dati (o un archivio)– un grafico

I file sono identificati da un nome (filename)– nome– estensione

Esempi: tesi.doc, sort.pas, sort.exe


Ancora sui fileAncora sui file

Regole per i nomi– lunghezza massima– “case sensitive” o “insensitive”– caratteri speciali

Informazioni ausiliarie– lunghezza file– data creazione e modifica– diritti di accesso


Organizzazione logica di un file systemOrganizzazione logica di un file system

Struttura ad albero (file system gerarchici)

Ai nodi e alle foglie possono essere associate informazioni

Radice dell’albero

Nodo interno

Foglia


Organizzazione logica di un file system (2)Organizzazione logica di un file system (2)

Struttura ad albero– La radice è un’unità disco (o una partizione di

unità)– I nodi interni sono cartelle (directory)– Le foglie sono file

Una cartella può contenere file e/o altre cartelle

percorso di identificazione di un file c:\Mauro\Didattica\InfGen\algoritmi.ppt


Organizzazione logica di un file system (3)Organizzazione logica di un file system (3)

DidatticaRicerca

Personale

Esempio WinNTProgrammi

Mauro

C:

InfGenTesi

algoritmi.ppthardware.pptSoftware.ppt


Strumenti grafici di esplorazione di un f.s. Strumenti grafici di esplorazione di un f.s.


Ancora sui file system gerarchiciAncora sui file system gerarchici

Unità o volume e directory radice (root)

Directory corrente (o di lavoro)

Pathname (assoluto e relativo)

– \Mauro\Didattica\datiealg.ppt

– Didattica\datiealg.ppt

Directory “padre”

Formattazione di un’unità


Directory corrente per un applicativoDirectory corrente per un applicativo


Directory corrente per un applicativo (2)Directory corrente per un applicativo (2)


Il Sistema Operativo MS-DOSIl Sistema Operativo MS-DOS

MS-DOS = Microsoft Disk Operating System Sistema monoutente e “monotasking” Interazione con l’utente tramite comandi testuali

L’interprete dei comandi è detto SHELL

File di comandi (BATCH) File System gerarchico (FAT) Root e directory corrente (o di lavoro)


I comandi di MS-DOSI comandi di MS-DOS

Prompt di sistema

Formato generale

Caratteri “jolly” – ? (cap?.doc)– * (cap*.*)

File speciali (per indicare certe periferiche): COM1:, COM2:, CON:, LPT1:

Esempi C:\> oppure C:\Mauro\Didattica>

<Comando DOS> ::= <Parola chiave><parametri>


Alcuni comandi DOSAlcuni comandi DOS

FORMAT A: inizializza un dischetto (crea root e FAT)

MD <nome> (ovvero MD <pathname>) crea una nuova sottodirectory nella directory corrente (ovvero della directory <pathname>)

CD <pathname> la directory <pathname> diventa la d. corrente

DIR (ovvero DIR <pathname>) elenca il contenuto della directory corrente (ovvero nella directory <pathname>)


Alcuni comandi DOS (2)Alcuni comandi DOS (2)

COPY <pathname1> <pathname2> crea <pathname2> come copia di

<pathname1> DEL <pathname>

cancella il file <pathname> RD <pathname>

cancella la directory <pathname> (che deve essere vuota, cioè non contenere file o altre directory)

REN <pathname1> <nome> ridenomina il file <pathname>

cambiando il nome vero e proprio in <nome>


Esempi di interazione in DOS Esempi di interazione in DOS


Esempi di interazione in DOS (2)Esempi di interazione in DOS (2)


Esempi di interazione in DOS (3)Esempi di interazione in DOS (3)


Classificazione dei comandiClassificazione dei comandi

Comandi interni (“sempre” in memoria)– più efficienti– tutti i comandi citati sono interni (tranne

FORMAT) Comandi esterni

– caricati quando serve– file con estensione EXE, COM e BAT

Ad ogni comando corrisponde un programmache realizza la particolare azione


Interprete dei comandi (command.com)Interprete dei comandi (command.com)

command.com Esegue i comandi predefiniti (interni ed esterni) Esegue comandi aggiuntivi (file con estensione

BAT, COM o EXE– nella directory corrente– nelle directory opportunamente specificate

dall’utente nel file di sistema AUTOEXEC.BAT


Operazioni speciali consentite dalla shell Operazioni speciali consentite dalla shell

Pipelining ( | ) invio dell’output di un comando in input ad un secondo comando DIR | FIND “EURO”

Ridirezionamento dell’output ( < e > ) sostituzione dello standard input (tastiera) o dello standard output (video) DIR > LPT1: DIR | FIND “EURO” > LISTA LISTAF < SORT > LISTAORD


Come il FS tiene traccia dei datiCome il FS tiene traccia dei dati

Tabella di Allocazione dei File (FAT) Directory principale (root)

Entrambe risiedono su disco ad indirizziprestabiliti

Entrambe vengono caricate in memoria durantel’inizializzazione del sistema


Root directoryRoot directory

Nome Datiealg

Tipo file

Ultima modifica 11/03/99

Primo blocconella FAT

45


Tabella di allocazione dei file (FAT)Tabella di allocazione dei file (FAT)

78

0

46

787980

4544

77

01

80


Il sistema operativo WindowsIl sistema operativo Windows

Multitasking Monoutente (Windows 95), multiutente (Windows

NT) Capacità di eseguire applicazioni scritte per il

DOS File System gerarchico (FAT per Win95, NTFS

per WinNT) Interfaccia grafica evoluta Gestione integrata delle “nuove tecnologie” (reti

locali, Internet, fax, multimedialità)


Alcuni concetti baseAlcuni concetti base

Scrivania (desktop) Il pulsante di avvio La barra delle applicazioni La gestione delle risorse e il file system

– Proprietà di file e cartelle– Menù di scelta rapida– Creazione di collegamenti– Il cestino

Esecuzione di un programma Guida in linea Accessori


La scrivania (desktop)La scrivania (desktop)


Il pulsante di avvioIl pulsante di avvio


Il pannello di controlloIl pannello di controllo


Il pannello di controllo (2)Il pannello di controllo (2)


Personalizzazione della scrivaniaPersonalizzazione della scrivania


Barra delle applicazioni (personalizzazione)Barra delle applicazioni (personalizzazione)


Barra delle applicazioniBarra delle applicazioni


Barra delle applicazioni (2)Barra delle applicazioni (2)


Esplorazione del FS (alternativa a gestione Esplorazione del FS (alternativa a gestione risorse)risorse)


Menu di scelta rapidaMenu di scelta rapida


Proprietà di file e cartelleProprietà di file e cartelle


Creazione di collegamentiCreazione di collegamenti


Creazione di collegamenti (2)Creazione di collegamenti (2)


Creazione di collegamenti (3)Creazione di collegamenti (3)


Il cestinoIl cestino


Il cestino (2)Il cestino (2)


Esecuzione dei programmiEsecuzione dei programmi


Esecuzione dei programmi (2)Esecuzione dei programmi (2)


Guida in lineaGuida in linea


Guida in linea (2)Guida in linea (2)


Help in lineaHelp in linea


AccessoriAccessori


Gestione dei processi: esempioGestione dei processi: esempio

ciclo: leggi op1 (leggi primo addendo) se op1=0 vai a fine (se nullo, termina)

leggi op2 (leggi secondo addendo) ris:=op1+op2 (calcola la somma) scrivi ris (scrivi il risultato) vai a ciclo (ripeti)fine: scrivi ‘’bye bye’’ (saluta)

Un semplice programma per eseguire somme ripetute

Ready Running

Waiting

InizioCPU disponibile

leggi op1op1 letto

CPU tolta “d’ufficio”

informatica generale1 parte ii architettura di un sistema informatico software di base

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