Introduzione ai Calcolatori Elettronici

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Introduzione
ai Calcolatori
Elettronici
Aspetti Sistemistici
Il Sistema Operativo
A.A. 2013/2014
Domenica Sileo
Università degli Studi della Basilicata
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario
Sommario
n Aspetti
Sistemistici
n  Il
Sistema Operativo (SO)
n  Architettura del SO
n  Una possibile classificazione
n  I vari tipi di Sistema Operativo
n  Programmi per la virtualizzazione dei S.O.
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Il Sistema Operativo (SO)
Il Sistema Operativo
n Con
il termine sistema operativo si intende
l’insieme di programmi e librerie che
opera direttamente sulla macchina fisica
n  mascherandone
le caratteristiche specifiche
n  e fornendo agli utenti un insieme di
funzionalità di alto livello
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Il Sistema Operativo (SO)
Il Sistema Operativo (SO)
n Uno
degli scopi fondamentali del SO è la
gestione efficiente delle risorse di un
sistema di calcolo,
n intendendo per risorse il tempo di CPU, la
memoria, i dispositivi di I/O etc.
n Nella gestione delle risorse il SO deve
dirimere questioni relative alla conflittualità
delle richieste sia da parte dei programmi
che degli utenti mantenendo sempre alta
l’efficienza del sistema
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Il Sistema Operativo (SO)
Il Sistema Operativo (SO)
n I
primi SO erano molto semplici e la loro
funzione si riduceva ad eseguire, in
sequenza, lotti (batch) di lavoro (job =
insieme di lavori)
n Considerazione: un singolo utente non
riesce a tenere costantemente impegnata la
CPU
n L’idea: far coesistere più lavori in memoria
ottimizzando l’utilizzo della CPU
n Nascono i SO batch multi-programmati
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO
Architettura del Sistema Operativo
n Un
moderno S.O. è organizzato secondo
una architettura “a strati” (a cipolla)
n Ogni strato implementa una macchina
virtuale più potente della precedente
n  Appoggiandosi
alle funzionalità offerte dallo
strato precedente
n Tale
approccio permette una chiara
separazione tra interfaccia e
implementazione delle diverse funzionalità
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Architettura del SO
Architettura del Sistema Operativo
Programmi utente
Interfacce utente
Interprete dei
comandi
Interfaccia grafica
Gestore del file system
Gestore delle periferiche
Gestori di risorse
(kernel)
Gestore della memoria
Gestore dei processi (nucleo)
Macchina fisica
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel
Il Kernel
n Il
Kernel contiene componenti software che
eseguono
n  le
funzioni di base del computer, il
coordinamento della memoria di massa,
n  la collocazione dei file tramite cartelle in
strutture dette ad albero, come il file
manager
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il kernel
Il Kernel
n (cont.)
è composto da una raccolta di driver
di periferica, unità software che comunicano
con i controller delle periferiche
n  Controller: strumento
hardware che ha il
compito di comunicare il verificarsi di eventi
esterni (dati disponibili, periferica libera, etc.)
n Un
ulteriore componente è il memory
manager,
n  che
ha il compito di coordinare l’utilizzo della
memoria principale del computer
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi
Il gestore dei processi
n Si
appoggia direttamente sulla macchina
fisica ed effettua la gestione dei processi
n In un sistema multitasking realizza una
macchina virtuale in cui ad ogni processo è
assegnato un processore virtuale
n Realizza le primitive di sincronizzazione e
scambio messaggi tra processi
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore dei processi
Il gestore dei processi
n  La
macchina virtuale realizzata dal nucleo
Processore
virtuale
Processore
virtuale
...
Processore
virtuale
Bus di sistema
Disco
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Memoria
centrale
Interfaccia
delle
periferiche
Ad ogni processo
è assegnato
un processore
virtuale
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria
Il gestore della memoria
n Il
gestore della memoria realizza le
funzionalità di allocazione della memoria
n  Supera
i limiti della memoria fisica e mostra
ai processi uno spazio di memoria virtuale
n Partiziona
la memoria tra i vari processi che
la richiedono
n  Garantendo
di memoria
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la protezione delle diverse zone
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria
Il gestore della memoria
n La
memoria centrale deve essere suddivisa
tra i vari processi in competizione
n Il sistema operativo deve quindi occuparsi
del modo in cui i singoli programmi
occupano la memoria, in modo che ogni
processo abbia l’illusione di una risorsa di
memoria virtualmente infinita
n Infatti la memoria centrale è deficitaria
rispetto alle esigenze del/i processo/i che
vogliono andare in esecuzione
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria
Il gestore della memoria
n (cont.)
di conseguenza, il programma viene
caricato un pò per volta sotto richiesta del
processore di ulteriori istruzioni
n In questo modo, gli utenti lavorano come se
avessero in memoria centrale tutti i
programmi da loro richiesti
n Vedendo una memoria molto più grande di
quella reale, detta appunto, memoria
virtuale
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore della memoria
Il gestore della memoria
n  La
macchina virtuale realizzata dal gestore
della memoria
Memoria
virtuale
Memoria
virtuale
...
Memoria
virtuale
Processore
virtuale
Processore
virtuale
...
Processore
virtuale
Bus di sistema
Disco
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Interfaccia
delle
periferiche
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche
Il gestore delle periferiche
n Maschera
le caratteristiche fisiche delle
periferiche
n Fornisce agli strati superiori un insieme di
procedure di alto livello per l’accesso alle
diverse periferiche
n Offre ad ogni processo la visibilità di un
insieme di periferiche virtuali dedicate
n Gestisce, almeno in parte, i
malfunzionamenti delle periferiche
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore delle periferiche
Il gestore delle periferiche
n  La
macchina virtuale realizzata dal gestore delle
periferiche
Interfaccia
periferiche
virtuali
Memoria
virtuale
Bus
Memoria
virtuale
...
Bus
Processore
virtuale
Processore
virtuale
Bus di sistema
Disco
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Interfaccia
periferiche
virtuali
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system
Il gestore del file system
n Il
gestore del file system è responsabile
della gestione delle periferiche di massa
n  Hard
disk
n  CD / DVD
n  Pen driver
n  …
n Fornisce
agli strati superiori un insieme di
procedure per l’accesso al file system
n Garantisce la protezione nell’accesso ai file
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system
Il gestore del file system
n Le
funzioni di base che sono supportate da
un file system sono
n  Il
recupero di dati precedentemente
memorizzati
n  L’eliminazione di dati obsoleti
n  La modifica/aggiornamento di dati
preesistenti
n  La copia di dati tra supporti di
memorizzazione diversi (ad es. da HD a CD)
in cartelle diverse nello stesso supporto
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system
Il gestore del file system
n I
dati contenuti nella memoria di massa
vengono strutturati e gestiti mediante una
organizzazione in file e directory
(contenitore)
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system
Il gestore del file system
D:
Documenti
Downloads
Incoming
Temp
...
...
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> Il gestore del file system
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Il gestore del file system
n  La
macchina virtuale realizzata dal gestore del
file system
Memoria
virtuale
Interfaccia
periferiche
virtuali
Bus
File
...
Memoria
virtuale
File
...
Processore
virtuale
Bus
Processore
virtuale
Bus di sistema
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Interfaccia
periferiche
virtuali
File
...
File
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia
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L’interfaccia
n L’interfaccia
consente l’interazione
dell’utente con il SO e con i programmi
applicativi in esecuzione
n Permette di accedere ai programmi
presenti su memoria di massa e di
mandarli in esecuzione allocando la
memoria necessaria e creando il processo
relativo
Programmi utente
Interfacce utente
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Interprete dei
comandi
Gestore del file system
Interfaccia grafica
+
Aspetti Sistemistici : Il SO >> Architettura del SO >> L’interfaccia
L’interfaccia
n L’interprete
comandi e l’interfaccia grafica
n  Costituiscono
l’interfaccia verso l’utente
n L’interazione
dell’utente con il sistema
operativo può avvenire tramite
n  La
shell o prompt dei comandi (Es. Microsoft
DOS)
n  O tramite le GUI (Graphical User Interface),
icone, dialog, combobox etc.
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione
Una possibile classificazione
n I
moderni sistemi operativi possono essere
classificati in sistemi monotask e multitask
n Sistemi monotask
n  Permettono
l’esecuzione di un solo
programma utente per volta (es. DOS)
n  L’elaboratore rimane a disposizione del
programma dall’inizio alla fine
dell’esecuzione
D. Sileo A.A 2013/2014
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+
Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Una possibile classificazione
Una possibile classificazione
n Sistemi
multitask
n  Permettono
l’esecuzione di più programmi
utente contemporaneamente
n Classificazione
n  Multitasking
ulteriore:
cooperativo (Windows 3.1,
MacOS)
n  Multitasking preemptive (Windows 95/98/NT,
Unix)
n  Time sharing o meno
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Svantaggi …
Svantaggi dei sistemi
monoprocessore mono-tasking
n Nessuna
interazione utente-programma
n  Lentezza: la
CPU non può essere usata da
nessun processo mentre il programma in
esecuzione svolge operazioni di I/O (molto
più lente di letture/scritture in Memoria)
n Esempio: DOS
n  non
è un SO mono-tasking;
si può fare niente altro mentre si formatta
un floppy o si memorizzano dati su disco
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Time sharing
Time sharing
n La
successiva evoluzione è quella del time
sharing (partizione di tempo) o
multitasking che aggiungeva ai sistemi
multiprogrammati a lotti la possibilità di
interazione con l’utente durante la
lavorazione dei job
n Nei sistemi time sharing la CPU viene
dedicata ciclicamente ad ogni processo in
modo che ogni utente abbia l’impressione
di disporre completamente del computer
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il SO >> Una possibile classificazione >> Sistemi mono …
Sistemi mono e multi-processore
n Time
sharing in sistemi mono-processore:
n  multi-tasking
(più programmi in esecuzione
con una sola CPU)
n Sistemi
n  le
multiprocessore:
varie CPU possono lavorare
contemporaneamente su job diversi
n  ciascuna CPU opera in multi-tasking
D. Sileo A.A 2013/2014
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+
Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi
I Sistemi Operativi
n MS-DOS
(Disk Operating System)
n MS-Windows (95, 98, 2000, XP, Vista, Seven, 8)
n Unix (The Open Group)
n  Commerciali: Sun
Solaris, IBM AIX, HP-UX,…
n  Linux
n  BSD
n Mac
OS
n  Mac
n Altri
(Berkeley Software Distribution)
OS X 10.8
(IBM AS/400, Symbian,…)
D. Sileo A.A 2013/2014
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+
Software: Cenni sui SO >> I sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi
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Il Prompt dei Comandi
n  MS-DOS
è l’acronimo di “Microsoft - Disk
Operating System”
n  Il primo di una lunga serie di sistemi operativi
della Microsoft
n  È un sistema operativo commercializzato dal
giugno 1982 al 2001
n  Fino alla commercializzazione di Microsoft
Windows 95, MS-DOS è stato il sistema operativo
per personal computer più diffuso al mondo
D. Sileo A.A 2013/2014
Approfondimento per CDL Scienze e Tecnologie Informatiche
>> Aspetti Sistemistici: Prompt dei Comandi
+
Software: Cenni sui SO >> I sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi
Il Prompt dei Comandi
n L’MS-DOS
è un sistema operativo
monoutente e monotask
n La digitazione dei comandi consente di
eseguire attività senza utilizzare
l’interfaccia grafica di Windows
n Viene generalmente utilizzato solo dagli
utenti più esperti
D. Sileo A.A 2013/2014
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Software: Cenni sui SO >> I sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi
Il Prompt dei Comandi
n Il
termine prompt dei comandi è riferito
alla parentesi angolare chiusa ‘>’ che indica
che l’interfaccia della riga di comando è
pronta per accettare comandi
n Tutto ciò che è scritto prima del segno ‘>’
indica la directory corrente di lavoro
n Per esempio C:\Documenti>
D. Sileo A.A 2013/2014
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Software: Cenni sui SO >> I Sistemi Operativi >> Il Prompt dei Comandi
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Il Prompt dei Comandi
n Per
accedere alla linea di comando del
DOS o meglio alla finestra di Windows che
contiene il prompt, occorre:
n  cliccare
su “Start -> Esegui” e digitare cmd
n  oppure cliccare su “Start > Programmi >
Accessori > Prompt dei comandi”
n  Comando help per visualizzare un elenco di
comandi comuni
>> help
D. Sileo A.A 2013/2014
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Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Il percorsi dei file
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Il percorso dei file
n  Quando
i comandi utilizzati intervengono su
file o cartelle è necessario digitare per esteso
il percorso di destinazione dopo il comando
n  Per esempio
n  Copy “C:\Documents
and Settings\CorsoPP
\2011-2012\orarioLezioni.pdf” “C:\Documents
and Settings\CorsoPP\2012-2013”
n  Suggerimento
n  trascinare
con il mouse il file o la cartella in
questione all’interno della finestra del prompt
dei comandi
>> use copy
D. Sileo A.A 2013/2014
+
Software: Cenni sui SO >> I SO > Il Prompt dei Comandi > Alcuni comandi
Alcuni Comandi
n cd
<nome_cartella>
n  Il
comando cd permette di cambiare cartella
n  ATTENZIONE: cd .. e cd change directory
n chdir
<nome_cartella>
n  Il
comando chdir cambia la directory
corrente e ne visualizza il nome
n copy
(move)
n  permette
D. Sileo A.A 2013/2014
la copia di file o gruppi di file
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Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> Alcuni comandi
Alcuni Comandi
n del
<nome_file> (rd <nome_cartella>)
n  elimina
uno o più file (directory)
n dir
n  visualizza
l’elenco dei file e delle sotto
directory di una directory
n Ipconfig
n  permette
di conoscere il proprio indirizzo IP,
quello del SUBNET MASK e del GATEWAY
n Taskkill
n  sostituisce
D. Sileo A.A 2013/2014
il Task Manager di Windows
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Software: Cenni sui SO >> I SO >> Il Prompt dei Comandi >> I file batch
I file batch
n Per
creare un file batch:
n  avviare
un editor di testo (ad esempio Blocco
Note)
n  inserire i comandi nell’ordine in cui vogliamo
siano eseguiti
n  salvare il file con nome con estensione .bat
n  lanciare lo script dal prompt dei comando
>> esempio stampa il contenuto di una cartella in un file di testo
cd d:/Documenti/LaboratorioInformatica
dir > elencoDocumenti.txt
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows
Il SO Windows Vista/Seven
n Successori
di Microsoft Windows XP
n Contiene molte nuove funzioni e diverse
migliorie come ad esempio la nuova GUI
(Graphical User Interface): Windows Aero
n In primo piano la sicurezza del sistema
(Windows XP risultato troppo vulnerabile)
n …Windows Seven successore di Vista
n  Nuovo
Explorer (Risorse)
n  Interfaccia migliorata
n  Nuova gestione semplificata delle reti wireless
n  …
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Windows
Il SO Windows 8
n Successore
di Microsoft Windows 7
n tutto ciò che si può definire l’uso “tradizionale”
di Windows ora è dentro ad un’applicazione
n Dalla Schermata Start si può lanciare
l’applicazione principale, o una specifica dopo
averla aggiunta
n Perde l’interfaccia Aero e guadagna quella
“ribbon” per Esplora Risorse
n Anche il Task Manager (Gestione Attività) è
stato migliorato e semplificato
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu
Il SO Ubuntu
n È
un sistema operativo libero e gratuito basato
su GNU/Linux
n Il termine ubuntu deriva da un antico vocabolo
zulu (letteralmente: umanità) diffuso in varie
parti dell’Africa meridionale
n Ubuntu è costruito sulle fondamenta
dell’architettura e dell’infrastruttura di Debian
n  http://www.debian.org/
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Ubuntu
Ambiente grafico: Ubuntu
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X
Il SO MAC OS-X
n MAC
OS-X è l’ultima generazione di S.O. per i
personal computer prodotti da Apple
n Abbandonato il precedente sistema operativo
Apple ha costruito la nuova generazione del
proprio S.O. a partire da una variante di BSD,
chiamata Darwin, che rimane open source
n A questo nucleo, Apple ha aggiunto
componenti proprietari, dall’interfaccia grafica
(Aqua) ad una suite di applicazioni e utilities
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Mac OS-X
Il SO MAC OS-X
Architettura MAC OS-X
Applicazioni
GUI à
Kernel,
gestori di risorse e
servizi di base
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >>Virtuali
Installare più sistemi operativi
n La
virtualizzazione consente di installare più
sistemi operativi in un computer solo,
n  in
modo che essi possano lavorare in modo
separato, come se fossero su computer diversi
n Nella
virtualizzazione di sistemi operativi, c’è
n  l’host: computer
principale dove viene installato
il programma di gestione e
n  il guest: sistema operativo che viene eseguito
all’interno del programma di virtualizzazione
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >>Virtuali
Installare più sistemi operativi
n Il
computer virtuale viene tutto racchiuso in un
file che può essere di diversi tipi a seconda del
programma usato per crearlo:
n  VMDK
(VMWare), VHD (Microsoft) e HDD
(Parallel), VDI (VirtualBox)
n Un
programma considerato leggero, veloce e
nettamente più semplice da installare è
VirtualBox
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >>Virtuali
VirtualBox
n Software
di virtualizzazione della Sun
Microsystems
n  È
un emulatore di sistemi operativi
n può
essere eseguito su molte piattaforme
come Windows, Linux e Mac
n Si può scaricare dal sito:
n  http://www.virtualbox.org/wiki/Downloads
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> I Sistemi Operativi >> Virtuali
VirtualBox
n È
distribuito in due versioni:
n  versione
completa ma commerciale
n  versione ridotta distribuita secondo i termini
della GNU General Public License
n Esistono
altri software di virtualizzazione:
n  Es: VM Ware Workstation
n  Es: Parallels
D. Sileo A.A 2013/2014
Desktop 9 per Mac (non gratuito)
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Sommario
Sommario
n Aspetti
Sistemistici
n  Il
Sistema Operativo (SO)
n  Architettura del SO
n  Una possibile classificazione
n  I vari tipi di Sistema Operativo
n  Programmi per la virtualizzazione dei S.O.
D. Sileo A.A 2013/2014
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Aspetti Sistemistici : Il Sistema Operativo >> Termini della Licenza
Termini della Licenza
n  This
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n  Questo lavoro viene concesso in uso secondo i
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California 94305, USA.
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