Sistemi operativi (2015/2016)



Codice insegnamento
4S00019
Crediti
12
Coordinatore
Graziano Pravadelli
Settore disciplinare
ING-INF/05 - SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Lingua di erogazione
Italiano
Pagina Web
http://profs.scienze.univr.it/~stefanni/labOs/materiale_didattico.htm
L'insegnamento è organizzato come segue:
Attività Crediti Periodo Docenti
Teoria 8 I semestre Graziano Pravadelli
Laboratorio [Laboratorio 1] 4 II semestre Francesco Stefanni
Laboratorio [Laboratorio 2] 4 II semestre Nicola Drago

Orario lezioni

II semestre
Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
Laboratorio [Laboratorio 1] lunedì 14.30 - 17.30 lezione Aula B  
Laboratorio [Laboratorio 1] venerdì 8.30 - 11.30 laboratorio Laboratorio didattico Delta  
Laboratorio [Laboratorio 2] giovedì 8.30 - 11.30 laboratorio Laboratorio didattico Delta  
I semestre
Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
Teoria lunedì 11.30 - 14.30 lezione Aula A  
Teoria giovedì 10.30 - 13.30 lezione Aula A  

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire un'introduzione ai principi e al progetto dei sistemi operativi, con particolare riguardo ai concetti relativi alle architetture software di un sistema operativo, alla gestione e sincronizzazione dei processi e alla gestione delle risorse del sistema.
A completamento del corso, gli studenti saranno in grado di comprendere il funzionamento di un sistema operativo e avranno le conoscenze necessarie per poter:
- sviluppare o modificare componenti di un sistema operativo;
- sviluppare applicazioni che utilizzino le funzioni messe a disposizione dal sistema operativo.

Programma

Teoria:
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* Introduzione: Ruolo del sistema operativo e sua evoluzione. Elementi architetturali. Struttura e funzioni di un sistema operativo.

* Gestione dei Processi: Processi. Stati dei processi. Cambiamento di contesto. Creazione e terminazione di processi. Thread: thread a livello utente e a livello kernel. Cooperazione e comunicazione fra processi: memoria condivisa, messaggi. Comunicazione diretta ed indiretta.

* Scheduling: Modello a ciclo di burst di CPU-I/O. Scheduling a lungo, medio, breve termine. Scheduling con prelazione e cooperativo. Criteri di scheduling. Algoritmi di scheduling: FCFS, SJF, a priorità, HRRN, RR, a code multiple con e senza feedback. Valutazione degli algoritmi: modelli deterministici e probabilistici, simulazione.

* Sincronizzazione fra processi: Coerenza di dati condivisi, operazioni atomiche. Sezioni critiche. Approccio software alla mutua esclusione: algoritmi di Peterson e Dekker, algoritmo del panettiere. Supporto hardware per la mutua esclusione: test and set, swap. Costrutti per sincronizzazione: semafori e monitor. Alcuni problemi tipici di sincronizzazione: produttore/consumatore, lettori/scrittore, problema dei filosofi.

* Deadlock: Condizioni per l'innesco di un deadlock. Rappresentazione dello stato di un sistema con grafi di allocazione. Tecniche di prevenzione, rilevazione e ripristino. Algoritmo del banchiere.

* Gestione della memoria: Memoria primaria. Indirizzamento logico e fisico. Rilocazione, binding degli indirizzi. Swapping. Allocazione contigua della memoria. Frammentazione interna ed esterna. Paginazione. Supporti hardware alla paginazione: TLB. Tabella delle pagine. Paginazione a piu' livelli. Segmentazione. Tabella dei segmenti. Segmentazione con paginazione.

* Memoria Virtuale: Paginazione su richiesta. Gestione di page fault. Algoritmi di sostituzione delle pagine: FIFO, ottimale, LRU, approssimazioni LRU. Buffering di pagine. Allocazione di frame in memoria fisica, allocazione locale o globale. Thrashing. Località dei riferimenti. Modello del working set. Controllo della frequenza di page fault. Blocco di pagine in memoria.

* Memoria secondaria Struttura logica e fisica dei dischi. Tempo di latenza. Scheduling del disco: algoritmi FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK. Gestione della memoria di paginazione. Strutture RAID.

* File System: Concetto di file, attributi e operazioni relative. Tipi di file. Accesso sequenziale e diretto. Concetto di directory. Struttura di directory. Protezioni nell'accesso a file. Attributi e modalità di accesso. Semantica della consistenza. Struttura di un file system. Montaggio di un file system. Metodi di allocazione dello spazio su disco: contiguo, concatenato, indicizzato. Gestione dello spazio libero su disco: tramite vettore di bit, tramite liste. Realizzazione delle directory: liste lineari, tabelle hash.

* Sistema di I/O: Sistemi di Input/Output, Hardware per I/O. Tecniche di I/O: programmato, con interrupt, con DMA. Device driver e interfaccia verso le applicazioni. Servizi del kernel per I/O: scheduling, buffering, caching, spooling.

Laboratorio:
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* Programmazione della shell in ambiente Unix/Linux.
* Introduzione alla programmazione di sistema in ambiente Unix/Linux.
* Chiamate di sistema per la gestione dell'I/O.
* Chiamate di sistema per la gestione dei processi.
* Chiamate di sistema e tecniche di comunicazione e sincronizzazione inter-processo (pipe, fifo, code di messaggi, memoria condivisa, semafori, ...).

Modalità d'esame

L'esame è costituito da una prova di teoria e da una prova di laboratorio.
Per superare l'esame gli studenti dovranno dimostrare di:
- aver compreso i principi alla base del funzionamento di un sistema operativo
- essere in grado di esporre le proprie argomentazioni in modo preciso e organico senza divagazioni
- saper applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi applicativi presentati sotto forma di esercizi, domande e progetti.

Teoria:
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L'esame consiste in una prova scritta, contenente domande a risposta multipla, domande a risposta aperta ed esercizi.
E' prevista una prova intermedia a fine Novembre.

Laboratorio:
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L'esame può essere superato in due modi: orale o scritto.

Modalità orale:
Durante il corso lo studente dovrà consegnare alcuni elaborati rispettando le scadenze elencate nel calendario delle lezioni. Quindi, al termine del corso, nella prima settimana di Luglio, lo studente sosterrà una prova orale in cui verranno discussi gli elaborati.
Chi non consegna tutti gli elaborati non può fare l'orale e deve sostenere l'esame come indicato nella modalità "scritto".
E' possibile sostenere la modalità orale solo nella sessione d'esame di Luglio.

Modalità scritto:
L'esame consiste nel risolvere alcuni problemi di programmazione di sistema (tramite programmi C o script di shell) durante uno degli altri appelli.

Voto finale
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Il voto finale si ottiene dalla seguente formula:
Voto = Voto_teoria*0,5 + Voto_laboratorio*0,5.

Le date delle prove parziali e degli appelli sono disponibili nella sezione materiale didattico.

Testi di riferimento
Attività Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Teoria A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne Sistemi operativi. Concetti ed esempi. (Edizione 9) Pearson 2014 9788865183717
Materiale didattico
Titolo Formato (Lingua, Dimensione, Data pubblicazione)
Calendario lezioni I semestre  pdfpdf (it, 43 KB, 05/01/16)
Date appelli  pdfpdf (it, 32 KB, 08/03/16)
Materiale didattico plain plain (it, 0 KB, 28/09/15)
Calendario didattico II semestre  pdfpdf (it, 53 KB, 10/05/16)
Materiale didattico - Laboratorio html html (it, 39 KB, 25/02/16)

Opinione studenti frequentanti - 2015/2016


Statistiche per i requisiti di trasparenza (Attuazione Art. 2 del D.M. 31/10/2007, n. 544)

Statistiche esiti
Esiti Esami Esiti Percentuali Media voti Deviazione Standard
Positivi 98.98% 24 3
Respinti --
Assenti 1.01%
Ritirati --
Annullati --
Distribuzione degli esiti positivi
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 e Lode
5.1% 7.1% 7.1% 10.2% 5.1% 9.1% 12.2% 13.2% 7.1% 7.1% 6.1% 4.0% 4.0% 2.0%

Valori relativi all'AA 2015/2016 calcolati su un totale di 99 iscritti. I valori in percentuale sono arrotondati al numero intero più vicino.