3.2 Informatica1 Uni Fe L.P
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Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Informatica 1
ing. Luigi Puzone
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Sistemi operativi e software
2Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
… Software
Il Software può essere diviso in:
• Software di sistema
• Software applicativo
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3Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Software…
Software di sistema
garantisce le funzioni di base del computer e si occupa di interagire con l’hardware
Esempi di software di sistema:
•Il BIOS
•Sistema Operativo
4Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Software applicativo
si occupa di problemi specifici e di determinate esigenze, interagisce con l’hardware ed il sistema attraverso il SO
Esempi di software applicativo
• Pacchetti Office
• Programmi grafici
…Software…
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5Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Software…
(Informatica di base 3ed. – Curtin D.P. et al – McGrawHill)
6Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema operativo
• Programma che coordina le diverse componenti hardware e software del computer, facendo da tramite tra l’utente, i programmi in dotazione e la macchina.
• Il sistema operativo dialoga con l’utente mediante l’interfaccia utente.
• Sistemi operativi: Windows, Linux, MacOS, Unix
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7Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
All’accensione dell’elaboratore viene caricato il BIOS
– BIOS:Basic Input Output System;
– Effettua il POST (Power On Self Test)
– Riconosce e avvia i dispositivi hardware
– Avvia il caricamento del Sistema Operativo in
memoria.
BIOS
8Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema operativo…
Programma che:
coordina le diverse componenti
hardware e software del computer,
Fa da tramite tra:
l’utente,
i programmi in dotazione
la macchina.
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9Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema Operativo…
(Informatica di base 3ed. – Curtin D.P. et al – McGrawHill)
10Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…
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11Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Caratteristiche di base:Interfaccia utente Grafica / A Carattere
Monotasking / Multitasking
Monothreading / Multithreading
Monoprocessing / Multiprocessing
Monoutente / Multiutente
Portabilità (indipendenza dal tipo di elaboratore)
Proprietario / Aperto
Sicurezza Alta / Bassa
…Sistemi operativi…
12Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Interfacce utente grafiche – Uso esteso a utenti non professionali – Maggiore semplicità d’uso– User friendly– Maggiori richieste di capacità elaborative
Interfacce a carattere– Uso limitato a utenti professionali – Necessità di ricordare i comandi da inviare al sistema sulla linea di comando
– Minore richiesta di capacità elaborative
…Sistema operativo……Interfaccia Utente vs Interfaccia a carattere…
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13Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…Multitasking…
Multitasking
Si suddivide il tempo di lavoro della CPU tra i vari programmi in esecuzione
14Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…Multithreading
Multitreading
Vengono svolte contempora-
neamente più funzioni di un
determinato programma
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15Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…Multiprocessing
Multiprocessing
Vengono gestiti sistemi dotati di più processori o di coprocessori (multiprocessing) bilanciando il carico di lavoro fra di essi.
16Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Monoutente/Multiutente
Single user
Multi user
…Sistema operativo…Monoutente/Multiutente
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17Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…portabilità
Per poter installare un S.O. sul
computer esso deve essere
compatibile con l’hardware di quel
computer
18Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
La portabilità di un sistema operativo
ne indica la sua indipendenza dalla
specifica piattaforma hardware
dell’elaboratore.
…Sistemi operativi…Portabilità
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19Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
…Sistema operativo…Proprietario/Aperto
Sistemi operativi più diffusi:
Proprietari:
• Microsoft Windows
• MacOS
Aperti:
• Linux
• Unix
20Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoSicurezza
• Un sistema può essere oggetto di attacchi dall’esterno.
• Il sistema operativo può offrire sistemi intrinsechi di sicurezza che impediscano accessi non autorizzati ai sistemi.
• Sistemi operativi per server più “sicuri”dei corrispondenti sistemi operativi per desktop.
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21Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoCompiti di un sistema operativo
Il sistema operativo è progettato per svolgere compiti specifici
Sistema operativo per Mainframe
diverso
Sistema operativo per Personal computer
diverso
Sistema operativo per Palmare
22Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativoper Server…
È progettato per garantire il collegamento di più utenti aziendali garantendo la sicurezza dei collegamenti.
Le applicazioni Mission Critical sono realizzate al fine di potersi avvalere di sistemi operativi sicuri e in grado di proteggere i dati aziendali da perditredovute a malfunzionamenti hardware software.
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23Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativoper Server…
Windows Server
OS/2
UNIX
Linux
24Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativoper Mainframe…
I Mainframe sono progettati per memorizzare Gbyte di dati e per supportare il collegamento contemporaneo di migliaia di terminali remoti che, ad esempio, si collegano a grandi archivi centrali. I sistemi operativi per Mainframe erano (e sono tuttora) proprietari. Ad esempio per mainframe IBM il sistema operativo èprodotto da IBM, per mainframe DIGITAL era prodotto da Digital.
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25Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativoper Personal Computer…
Nei sistemi operativi per personal computer si privilegia, in generale, la semplicitàd’uso e la portabilità.Sono quindi realizzati in modo da ottimiz-zare l’utilizzo delle risorse hardware e software da parte del singolo utente che utilizza il sistema.
26Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativoper Personal Computer: estensioni…
In un sistema operativo per personal computer sono presenti, ad esempio: Estensioni che permettono l’utilizzo di sistemi multimedialiEstensioni per ottimizzare l’utilizzo delle risorse da parte dei computer portatili, una gestione integrata delle risorse energetiche del sistema.
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27Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Ruoli del Sistema Operativo
Il sistema operativo può essere visto e studiato da due angolazioni:– come macchina virtuale:
• permette di programmare come se si avesse a disposizione una macchina funzionalmente estesa;
– come gestore di risorse:• controlla e coordina il funzionamento contemporaneo dei componenti del sistema.
28Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoMacchina virtuale
Il sistema operativo come macchina virtuale
• Funzioni che gestiscono in modo standard situazioni quali operazioni di ingresso e uscita
• Presenza contemporanea di più programmi in memoria che si alternano nell’esecuzione (multitasking)
• Risposta ad eventi esterni (tempo, segnalazioni dalla periferia, malfunzionamenti)
• Adattamento alla varietà dei dispositivi di memoria e esterni in modo da consentire la programmazione di applicazioni come se si disponesse di una macchina piùcompleta
• Indipendenza del software applicativo da modifiche apportate all’hardware (trasparenza)
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29Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoGestore di risorse
Il sistema operativo come gestore di risorse• Gestisce le risorse del sistema (componenti, sottosistemi, tempo di elaborazione, etc.) distribuendole agli utenti e ai procedimenti in corso (processi)
• utilizza la CPU a turno per i diversi processi• conserva più programmi e dati in memoria evitando interferenze
• sincronizza le attività comuni e l’uso di informazioni condivise
• Regolamentazione dell’impiego delle risorse evitando conflitti di accesso
• stabilisce le priorità di intervento necessarie nei vari casi • protegge le informazioni private degli utenti da accessi non autorizzati
• simula per ogni utente un sistema di elaborazione dedicato e completo (macchina virtuale)
30Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
L’architettura del sistema operativo tiene conto dell’architettura ideale dell’elabo-ratore (macchina di von Neumann).Dal punto di vista schematico è costituito da 4 elementi fondamentali:Kernel (nucleo)Gestore della memoriaGestore delle perifericheFile system
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31Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
32Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
Kernel (nucleo)Gestore della memoriaGestore delle perifericheFile system
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33Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura: Kernel…
Il kernel (nucleo) è detto anche gestore dei processi. Rappresenta la parte più interna di un sistema operativo, quella che si interfaccia direttamente alla parte hardwareLa sua funzione è quella di governare l’utilizzo della CPU da parte dei programmi attivi nel sistema.
34Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo… Architettura: Kernel …
In un sistema operativo monotasking,
in pratica, il kernel fa sì che il singolo
programma in funzione in quel
momento continui ad utilizzare la CPU
fino a che non ha terminato tutte le
sue operazioni.
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35Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Kernel
In un sistema operativo
multitasking/multithreading, invece, il
kernel fa sì che i diversi task e i diversi
thread attivi nel sistema si alternino
nell’utilizzo della CPU.
Time Slicing del processore…
36Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
Kernel (nucleo)Gestore della memoriaGestore delle perifericheFile system
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37Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura: Gestore della memoria…
Il gestore della memoria gestisce
l’allocazione della memoria (RAM,
cache e memoria virtuale) fra i
diversi processi attivi nel sistema.
38Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Gestore della memoria…
Ogni processo deve essere caricato nella RAM con i suoi dati per essere eseguito dalla CPU.
Le risorse di memoria RAM possono però essere insufficienti a contenere tutti i processi contemporaneamente e quindi il gestore della memoria si occupa dell’utilizzo della memoria fisica, virtuale e cache di ciascun processo.
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39Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Gestore della memoria
Tiene traccia di quali parti della memoria sono libere e quali allocateAlloca la memoria ai processi quando ne hanno bisognoDeallocare la memoria di un processo quando non gli serve piùGestisce il trasferimento di informazioni tra memoria principale e memoria di massa quando la memoria principale non può contenere tutti i processi
40Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
Kernel (nucleo)Gestore della memoriaGestore delle perifericheFile system
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41Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Gestore delle periferiche
Gestisce il funzionamento delle
periferiche cercando di liberare il
più possibile la CPU dalla necessità
di attendere i tempi necessari a
ciascuna periferica a terminare le
sue operazioni.
42Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Gestore delle periferiche
Spesso governa interfacce intelligenti che permettono di “scaricare” la CPU stessa dell’attività di governo delle periferiche.
(esempio: Driver delle stampanti, spooler di stampa)
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43Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoArchitettura
Kernel (nucleo)Gestore della memoriaGestore delle perifericheFile system
44Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system
I dati e i programmi vengono memorizzati su memorie di massa. Il file system è lo strato di sistema operativo che permette all’utente e ai programmi di accedere ai dati memorizzati sulle memorie di massa senza preoccuparsi del particolare hardware utilizzato.
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45Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, file…
Funzioni fondamentali gestite dal file system:
– preparazione del supporto ad ospitare i file
– allocazione sulle unità di memorizzazione,
– creazione di un file
– assegnazione di un nome a un file,
– Modifica di un file,
– Cancellazione di un file.
46Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system
• Gestisce le informazioni su memoria di massa (e in genere le informazioni scambiate con la periferia) dandone una visibilitàe una strutturazione logica anziché fisica
• identifica i file in modo univoco, indipendentemente dalla loro collocazione sui dispositivi
• fornisce metodi di accesso per leggere, scrivere e indirizzare iblocchi di informazioni contenuti in un file
• fornisce operazioni di gestione dei file: creazione, predisposizione, cancellazione, identificazione
• realizza meccanismi di controllo sull'accesso per garantire privatezza e coerenza formale
• nasconde le caratteristiche fisiche dell'unità di memorizzazione, virtualizzando i metodi di accesso e di gestione
• gestisce gli errori e il ripristino da situazioni di malfunzionamento.
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47Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: Preparazione supporti
La preparazione delle unità di memoria massa consente di predisporle per la memorizzazione delle stringhe di bit che rappresentano i dati.
48Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoFile system, formattazione…
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49Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema OperativoFile System: struttura
Struttura del File System
• Il file system di Windows è organizzato in maniera gerarchica ad albero.
• Nel file system di Windows, abbiamo una con la radice chiamata desktop che contiene tutte le risorse fisiche e logiche della macchina.
50Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, nomi dei file…
Ciascun file è caratterizzato dai seguenti attributi:
•un nome •un tipo•collocazione•Dimensione•Data di creazione•Data di modifica
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51Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, nomi dei file…
Ciascun file può essere assoggettato alle seguenti operazioni:
•Creazione•Scrittura•Lettura•Posizionamento•Ridenominazione•Spostamento •Cancellazione
52Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, file…
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53Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, Gerarchia…
54Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, Gerarchia…
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55Luigi Puzone ® Informatica 1 – Università di Ferrara – A.A. 2008-2009 Modulo 3.2: Sistemi operativi e software
Sistema Operativo…Architettura: File system, Gerarchia…