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Sistema Operativo
In informatica il sistema operativo (abbreviato spesso nel suo acronimo SO, o all’inglese OS, operating system) è l’insieme di routine e strutture dati responsabile del controllo e della gestione dei componenti hardware che costituiscono un computer e dei programmi che su di esso vengono eseguiti. Il sistema operativo mette anche a disposizione dell’utente una interfaccia software (grafica o testuale) per accedere alle risorse hardware (dischi, memoria, I/O in generale) del sistema.Il compito principale del sistema operativo è quello di permettere all’utente, umano o non, di interagire direttamente con la macchina. Struttura: Un generico sistema operativo moderno si compone di alcune parti standard, più o meno ben definite. * Il kernel: un gruppo di funzioni fondamentali, strettamente interconnesse fra loro e con l’hardware, che vengono eseguite con il privilegio massimo disponibile sulla macchina ossia in modalità kernel; il kernel fornisce le funzionalità di base per tutte le altre componenti del sistema operativo, che assolvono le loro funzioni servendosi dei servizi che esso offre. A seconda del tipo di sistema operativo il kernel può inglobare altre parti (kernel classico, monolitico o modulare) o fornire solo funzioni base delegando più funzioni possibile a oggetti/gestori esterni (microkernel). * Il gestore di file system: si occupa di esaudire le richieste di accesso alle memorie di massa. Viene utilizzato ogni volta che si accede a un file su disco, e oltre a fornire i dati richiesti tiene traccia dei file aperti, dei permessi di accesso ai file. Inoltre si occupa anche e soprattutto dell’astrazione logica dei dati memorizzati sul computer (directory, ecc). * Un gestore di memoria virtuale, che alloca la memoria richiesta dai programmi e dal sistema operativo stesso, salva sulla memoria di massa le zone di memoria temporaneamente non usate dai programmi e garantisce che le pagine swappate vengano riportate in memoria se richieste. * Uno scheduler che scandisce il tempo di esecuzione dei vari processi e assicura che ciascuno di essi venga eseguito per il tempo richiesto. Normalmente lo scheduler gestisce anche lo stato dei processi e può sospenderne l’esecuzione nel caso questi siano in attesa senza fare nulla (esempio classico è la richiesta di dati da disco). Nei sistemi operativi realtime lo scheduler si occupa anche di garantire una timeline, cioè un tempo massimo di completamento per ciascun task in esecuzione, ed è notevolmente più complesso. * Uno spooler che riceve dai programmi i dati da stampare e li stampa in successione, permettendo ai programmi di proseguire senza dover attendere la fine del processo di stampa. * Una interfaccia utente (shell o GUI) che permette agli esseri umani di interagire con la macchina. A seconda dei casi, un particolare sistema operativo può avere tutti questi componenti o solo alcuni. Una ulteriore differenza fra i sistemi operativi è data dal tipo di comunicazione fra le varie componenti: i sistemi operativi classici sono basati su chiamate dirette di funzioni, mentre molti sistemi operativi moderni, soprattutto quelli che adottano microkernel, si basano sul message passing, sullo scambio di messaggi fra le loro varie parti e fra il sistema operativo e i programmi che fa girare. Vediamo ora alcune classi di sistemi operativi possibili, dal più semplice al più complesso. Monitor: Praticamente il solo kernel ridotto all’osso, con una minima interfaccia interattiva per impartire i comandi. Permette di scrivere in memoria il programma da eseguire e di lanciarlo, non ha nessuna altra caratteristica. È semplicissimo (per un computer), spesso i suoi comandi sono semplici chiamate dirette a subroutine in linguaggio macchina, è stato anche il primo tipo di sistema operativo mai implementato su un computer. Si limita a inizializzare il sistema e rimanere poi in attesa di comandi, cedendo il controllo completo della macchina ai programmi che vengono lanciati. Interprete: Il secondo passo verso una migliore gestione del computer si ha con lo sviluppo di una interfaccia utente separata dal kernel, un interprete di comandi che funga anche da interfaccia utente, da shell. Questa shell primitiva di solito funge anche da interprete per un linguaggio di programmazione: a seconda delle scelte dei progettisti del software può essere un vero linguaggio oppure un più semplice linguaggio di scripting con cui creare comandi batch. Era il tipico sistema operativo degli home computer degli anni 80, come il Commodore 64. DOS (Disk Operating Systems): Un computer diventa molto più utile ed efficace se dotato di una memoria di massa: per gestirla serve un gestore di file system, cioè un software che in sintesi è composto da un insieme di funzioni che permetta di organizzare e gestire i dati sulla superficie dei mezzi di memorizzazione secondo una struttura ben precisa. I sistemi operativi che risiedevano su disco e capaci di gestire un file system sono detti genericamente Disk Operating Systems, cioè DOS appunto. L’esemplare più famoso è senz’altro il MS-DOS della Microsoft, oggi non più in uso ed evolutosi negli anni nelle varie versioni di Windows, fino alla attuale Windows Vista. Ne esiste anche una versione libera, il FreeDOS, ed altre versioni come DR-DOS. Sistema multitask: I programmi non hanno sempre realmente bisogno della CPU: a volte, invece di eseguire istruzioni stanno aspettando che arrivino dei dati da un file, o che l’utente prema un tasto alla tastiera. Quindi si può, in linea di principio, usare questi tempi "morti" per far eseguire un altro programma. Questa idea, sorta fin dai primi anni cinquanta, si concretizzò nei sistemi operativi multitasking, cioè dotati di uno scheduler che manda in esecuzione più processi (esecuzioni di programmi), assegnando a turno la CPU a ognuno e sospendendo l’esecuzione dei programmi in attesa di un evento esterno (lettura/scrittura sulle memorie di massa, stampa, input utente ecc.) finchè questo non si verifica. Dovendo ospitare in memoria centrale più programmi nello stesso tempo, i sistemi multitask hanno bisogno di più memoria rispetto a quelli monotask: perciò questo tipo di sistemi operativi è quasi sempre dotato di un gestore di memoria virtuale. Inoltre, con più programmi simultaneamente attivi, il controllo delle risorse hardware diventa una reale necessità e non è più possibile farne a meno. Esistono sostanzialmente due modi di implementare il multitasking: cooperative e preemptive multitasking. Nel primo sono i programmi che, spontaneamente, cedono il controllo al sistema non appena hanno terminato la singola operazione in corso; nel secondo è lo scheduler che ferma i programmi allo scadere del tempo assegnato e trasferisce il controllo dall’uno all’altro. * Il cooperative multitasking assorbe meno risorse di calcolo e non ha (quasi) ritardo di commutazione per il cambio di task, e inoltre non richiede nessuna struttura hardware dedicata, il che rende possibile implementarlo su qualunque calcolatore; per contro è molto vulnerabile a errori nei programmi (in genere il crash di un programma fa cadere l’intero sistema) e l’isolamento fra processi è molto debole. * Il preemptive multitasking necessita di CPU che implementino in hardware sia dei livelli di privilegio per l’esecuzione del codice, sia una logica specifica per il context switch, il cambio di task eseguito dallo scheduler. Poichè l’interruzione dei programmi è arbitraria, al cambio di task il sistema operativo è costretto a salvare tutti o quasi i registri della CPU e ricaricarli con quelli salvati dal task che subentra, perdendo molto tempo. A fronte di queste maggiori richieste, il preemptive multitasking offre una sicurezza del sistema molto maggiore e una (virtuale) immunità ai crash di sistema causati da errori nei programmi. fonte wikipedia Recupero dati |