© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 I STITUTO T ECNICO SECONDO BIENNIO T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base G IORGIO P ORCU BOZZA: 22/04/2016

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Sommario Concetti di base  Sistema Operativo  Risorse  Dipendenza dall’HW  Sistemi Operativi più usati  Funzioni e Struttura  Macchina virtuale  Bootstrap  Kernel  Shell 2

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 Concetti di Base T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di base 3

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Definizione Sistema Operativo Software di base, essenziale al funzionamento di un computer:  Gestisce l’hardware del computer  Consente al software applicativo di interagire con le risorse hardware (interfaccia applicazioni-risorse)  Consente all’utente finale di utilizzare il computer senza conoscere i dettagli dell’hardware (interfaccia utente) 4

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Rappresentazione grafica Sistema Operativo SW applicativo HW 5 Utente Il funzionamento di un Sistema Operativo può essere rappresentato da un diagramma a livelli:

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Risorse Risorse Elementi HW e SW utilizzabili da un programma. Risorse Hardware Insieme dei dispositivi hardware effettivamente utilizzabili da un programma su un computer. Sono:  Limitate  Non sempre accessibili in un certo istante di tempo Ogni programma necessita di qualche risorsa (CPU, Memoria, …) per la sua esecuzione. Il Sistema Operativo gestisce le risorse del computer. 6

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Dipendenza dall’HW Il Sistema Operativo è un software complesso e dipendente dall’HW del computer. Ogni versione del SO è infatti realizzata e compilata per una specifica architettura hardware:  Compatibile con una certa tipologia di CPU (ES: Intel, ARM)  Che utilizza un certo numero di bit (32bit, 64bit) Sistemi Operativi (e relativi programmi) progettati per architetture hardware differenti sono incompatibili! 7

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Sistemi Operativi più usati I Sistemi Operativi più usati nel mondo PC (che comprende Desktop, Laptop, Tablet e Smartphone) sono attualmente:  Microsoft Windows (Desktop, Laptop)  Linux (Desktop, Laptop)  Google Android (Tablet, Smartphone)  Apple MacOS (Desktop, Laptop)  Apple iOS (Tablet, Smartphone) 8

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Principali funzioni Le principali funzioni del Sistema Operativo sono:  Gestione dei Processi  Gestione della Memoria  Gestione dell’I/O (o Gestione delle Periferiche)  Gestione del File System  Gestione dell’Interfaccia (o Shell) Ogni funzione è realizzata da un modulo software detto gestore, costituito da un insieme di programmi. 9

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Principali funzioni  Gestione dei Processi I programmi in esecuzione sono detti processi. Occorre assegnare ad essi le risorse necessarie e coordinarne l’esecuzione.  Gestione della Memoria La Memoria Centrale (RAM) è limitata. Il SO deve suddividerla dinamicamente tra processi e garantire strategie attuabili (memoria virtuale) in caso di esaurimento. 10

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Principali funzioni  Gestione dell’I/O (o Gestione delle Periferiche) Il funzionamento delle periferiche HW interne ed esterne è gestito da chip detti controller pilotati da moduli SW detti driver.  Gestione del File System Le informazioni salvate su memoria di massa sono organizzate in file raggruppati gerarchicamente in cartelle. 11

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Principali funzioni  Gestione dell’interfaccia (o Shell) Il SO mette a disposizione all’utente un’interfaccia grafica (GUI) o a linea di comando (CUI) per sfruttarne tutte le potenzialità. 12

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Kernel Struttura a livelli La struttura logica di un Sistema Operativo può essere rappresentata da un diagramma a livelli in cui ogni livello si occupa di una specifica funzione: Gestione dei Processi Gestione della Memoria Gestione dell’I/O Gestione del File System Gestione dell’Interfaccia HW 13

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Struttura a cipolla (Onion skin) Una rappresentazione alternativa della struttura di un Sistema Operativo è un diagramma a buccia di cipolla (Onion Skin) equivalente a quello a livelli: 14

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Macchina Virtuale Il Modello a livelli visto in precedenza introduce il concetto di: Macchina virtuale Ogni livello (gestore di funzione) offre funzioni e per realizzarle poggia sui livelli inferiori sino all’hardware. L’utente che dialoga col SO ad un certo livello non conoscere i dettagli implementativi dei livelli inferiori e ha l’impressione di utilizzare virtualmente un unico oggetto. 15

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Bootstrap Bootstrap Procedura di caricamento del Sistema Operativo. Consta di una serie di fasi attuate all'accensione del computer: 1.Il BIOS, programma di diagnostica e configurazione memorizzato su ROM, esegue una serie di test (POST) per verificare il corretto funzionamento dell'hardware. 2.Se i test sono andati a buon fine, il BIOS lancia una routine software che sceglie il dispositivo di boot (di solito il disco rigido) da cui avviare il Sistema Operativo. 3.Il controllo passa al dispositivo di boot che carica il kernel del Sistema Operativo in RAM e lo esegue. 16

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Kernel Kernel Parte più importante del SO costituita dai livelli più vicini all’Hardware che comunicano direttamente con esso. Gestisce le cosiddette operazioni di basso livello. Il kernel è mantenuto sempre in memoria RAM. Sistema Operativo HW Livello N Livello N-1 Livello 1 Livello 2 … 17

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Kernel Funzioni nel kernel La scelta di quanti livelli e quali funzioni costituiscano il Sistema Operativo, e quali tra essi costituiscano il kernel dipende dalle caratteristiche dello specifico sistema. La Gestione dei Processi e la Gestione della Memoria sono sempre parte del kernel poiché fondamentali in ogni Sistema Operativo. Gestione dei Processi Gestione della Memoria 18

© 2016 Giorgio Porcu - Aggiornamennto 19/04/2016 T ECNOLOGIE E P ROGETTAZIONE Il Sistema Operativo Concetti di Base Shell Shell (Interfaccia utente) Interfaccia di comunicazione tra l'utente e il Sistema Operativo. Consente di selezionare ed eseguire funzioni e comandi. Può essere di tipo:  GUI (Graphical User Interface) Interfaccia grafica basata su oggetti (Desktop, Icone). Interfaccia utente standard dei moderni Sistemi Operativi.  CUI (Command User Interface) Interfaccia testuale a linea di comando. Standard nei SO più datati, è utilizzabile come opzione anche in quelli recenti (Prompt dei comandi, Terminale). 19