Dipartimento di Elettronica ed Informazione
Politecnico di Milano
Informatica e CAD (c.i.) - ICA
Prof. Pierluigi Plebani
A.A. 2008/2009
Sistema operativo: Introduzione
La presente dispensa e’ da utilizzarsi ai soli fini didattici
previa autorizzazione dell’autore. E’ severamente vietata la
riproduzione anche parziale e la vendita.
14/01/2009
Software
• Il software può essere
classificato in due
categorie:
– Di sistema
– Applicativo
• I primi servono al
sistema per funzionare
• I secondi sono rivolti
all’utente finale
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Sistema operativo
• Il sistema operativo è uno strato software
– Si interpone tra l’hardware e gli applicativi
– Nasconde i dettagli realizzativi della macchina
– Permette di astrarre dalla architettura fisica
realizzando una macchina virtuale
• Alcuni esempi:
– Windows
– DOS
– Mac
– Unix
– Linux
– …
Applicazioni
Sistema operativo
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Primitive
Microistruzioni
Hardware
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Struttura
• È solitamente organizzato per strati funzionali (a
buccia di cipolla)
–
–
–
–
–
–
–
Programmi utente
Interprete comandi
File system
Gestore delle periferiche
Gestore memoria centrale
Gestore dei processi
Macchina fisica
Strati del sistema
operativo
• Il gestore dei processi è anche detto core (nucleo)
• Il gestore dei processi, della memoria e dei driver di
periferica formano il kernel
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Classificazione
• Secondo gli utenti
– Mono utente
– Multi utente
• Secondo i processi in esecuzione
– Mono tasking
– Multi tasking
• Noi analizzeremo sistemi multi utente e multi
tasking su elaboratori mono processore
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Gestore dei processi
• Un processo è un programma in esecuzione
• Il gestore è responsabile del ciclo di vita del
processo:
– Caricamento dei programmi
– Esecuzione del processo
– Accesso alle risorse
– Controllo gli accessi concorrenti
– …
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Gestore della memoria
• Alloca la memoria ai processi in esecuzione
• È responsabile del corretto accesso dei
processi alla memoria
• Ogni processo non deve preoccuparsi
dell’esistenza di altri processi caricati in
memoria
• Realizza le politiche di ottimizzazione nella
gestione della memoria
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Gestore delle periferiche
• Rappresenta il driver della periferica
• Fornisce una serie di procedure standard per
l’accesso alla periferica
• Nasconde all’utente la reale struttura della
periferica
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File system
• Gestisce gli accessi alla memoria di massa
• Organizza le informazioni in file e cartelle
• Controlla gli accessi ai file e amministra i
diritti di accesso
• Permette la cancellazione, creazione, modifica
dei file
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Interprete comandi
• È lo strato più vicino alle applicazioni e quindi
all’utente
• Gestisce l’interazione con l’utente fornendo un
set di comandi che richiamano le funzionalità
del sistema operativo
• Attraverso l’interprete comandi l’utente può
usufruire delle funzionalità messe a
disposizione dagli strati sottostanti
• Nel mondo Windows è il “Prompt di Ms-Dos”
• Nel mondo unix/linux è il “terminale”
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Politecnico di Milano
Informatica e CAD (c.i.) - ICA
Prof. Pierluigi Plebani
A.A. 2008/2009
Sistema operativo: Gestione dei
processi
La presente dispensa e’ da utilizzarsi ai soli fini didattici
previa autorizzazione dell’autore. E’ severamente vietata la
riproduzione anche parziale e la vendita.
14/01/2009
Processo e programma
• Programma
– È una entità statica
– Può essere associato al file eseguibile presente in memoria di massa
– È immutabile
• Processo
– È una entità dinamica
– È associato al codice caricato in memoria di massa
– Cambia secondo lo stato di esecuzione
• In linea di massima un processo può essere definito come un
programma in esecuzione composto dalla coppia (E,S)
– E: codice eseguibile
– S: stato del processo
• Un programma può riferirsi a diversi processi
• Un processo è associato ad un unico programma
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Ciclo di vita di un processo
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Processo utente e supervisore
• Il processo utente è un processo generato da un
programma scritto dall’utente
• Anche il sistema operativo è un software
– Tra i processi in esecuzione c’è anche il processo del sistema
operativo (supervisore)
– In realtà un sistema operativo è composto da numerosi
processi
• Il processo di sistema operativo ha una priorità e una
importanza maggiore di quello del processo utente
• Quando un processo utente invoca delle primitive del
sistema (e.g., accesso a periferiche)
– Si ha una supervisor call (SVC)
– In esecuzione viene mandato il processo supervisore
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Compiti del gestore dei processi
• Gestire il ciclo di vita dei processi
• Selezionare (scheduling) quale tra i processi
in stato di pronto devono essere mandati in
esecuzione
• Gestire la cooperazione tra processi
• Gestire la concorrenza tra processi
nell’accesso alle risorse
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Da “pronto” a “esecuzione”: scheduling
• In un sistema operativo multi tasking diversi processi
concorrenti devono essere eseguiti
• Ma la CPU è unica (o comunque si hanno sempre un
numero di CPU minore dei processi in esecuzione)
• Il sistema deve rendere trasparente questa
concorrenza
• Lo scheduling seleziona tra i processi in stato
“pronto” quale mandare in stato “esecuzione”
• Attenzione! In un dato momento solo un processo è
in stato “esecuzione”
• L’obiettivo degli algoritmi di scheduling è minimizzare
il tempo medio di attesa per ogni processo per il loro
completamento
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Approccio FIFO
• La schedulazione avviene in modo semplice
– Il primo processo viene mandato in esecuzione
– Quando termina è il turno del secondo processo
• Molto semplice da realizzare
• Troppo inefficiente e praticamente
inutilizzabile
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Approccio ideale
• Il minimo tempo medio di attesa si ottiene
eseguendo prima i processi la cui esecuzione
è più rapida
• Il problema è che non si conosce a priori
quanto un programma rimarrà in esecuzione
• Si corre il rischio di non vedere eseguiti i
processi troppo lunghi
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Approccio Round Robin 1/2
• Viene definito un “quanto di tempo”
• Ogni processo viene lasciato in stato “esecuzione” per
un quanto di tempo
• Scaduto il quanto di tempo
– Il processo in esecuzione torna in stato di “pronto” e il
processo successivo va in “esecuzione”
– Viene memorizzato il contesto del processo e caricato il
contesto del processo successivo (context switch)
• Ogni processo è identificato dal suo contesto
• Il contesto è dato dai valori dei registri di sistema
(PC, SP, …)
• Attraverso il contesto il sistema sa a che punto era
arrivato nell’esecuzioen del processo quando il quanto
di tempo era scaduto
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Approccio Round Robin 2/2
• Molto efficiente e un buon compromesso tra il
FIFO e la situazione ideale
• La criticità sta nel dimensionamento del
quanto di tempo
– Più è piccolo maggiore è la sensazione che la CPU
sia dedicata ad un solo processo
– Più è piccolo maggiore è il tempo speso per il
context switching
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Da “esecuzione” a “attesa”: interruzioni interne
• Una interruzione esterna avviene quando il processo
richiede l’utilizzo di una periferica (e.g., lettura di dati
da tastiera)
• In questo caso il tempo di attesa può essere elevato
e non ha senso rimanere nello stato di “esecuzione” e
occupare la CPU
– Il processo viene quindi mandato in “attesa”
– Viene eseguita una chiamata a supervisore (SVC) che
dialogherà con la periferica
• Dallo stato di “attesa” passo allo stato di “pronto”
appena un evento che indica la terminazione delle
operazioni da parte della periferica non viene inviato
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Da “esecuzione” a “pronto”: interruzioni esterne
• Le interruzioni esterne sono quelle che il
sistema operativo solleva per bloccare
l’esecuzione di un processo
• Solitamente avvengono quando scade il
quanto di tempo
• Possono avvenire anche quando un processo
con priorità maggiore ha necessità di essere
eseguito
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