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====== Programma A.A. 2012/13 ======

===== Obiettivi di apprendimento =====


Il corso è strutturato in due moduli: il primo modulo presenta i fondamenti dei sistemi operativi e il secondo modulo di laboratorio mostra un’applicazione concreta dei concetti teorici presentati nel primo modulo.
Il primo modulo introduce i principi ed i concetti su cui si basano i sistemi operativi e analizza la loro realizzazione nei sistemi reali. In particolare, vengono presentate le tecniche che consentono di coordinare e gestire le risorse di un sistema di elaborazione e che permettono di trasformare la macchina fisica in una macchina astratta, dotata di funzionalità più convenienti per l'utente. Il corso lascia ampio spazio alla descrizione e all'esemplificazione di come i vari concetti presentati sono realizzati nei sistemi Unix/Linux e in quelli della famiglia Microsoft Windows.
Il secondo modulo fornisce le conoscenze di base relative alla programmazione C con chiamate di sistema Unix/POSIX. In particolare, vengono prese in considerazione le chiamate standard per il trattamento di file e directory, processi, thread, segnali, pipe, socket e vari meccanismi di sincronizzazione. 

Conoscenze. Lo studente raggiungerà la conoscenza delle problematiche dei sistemi operativi e delle caratteristiche dei sistemi attualmente più usati

Capacità. Lo studente raggiungerà la capacità di realizzare programmi in C usando librerie e chiamate di sistema UNIX/Posix.

Comportamenti. Il corso non si pone obiettivi di apprendimento in termini di comportamenti attesi.

===== Descrizione ===== 
Il corso tratta i fondamenti dei moderni sistemi operativi, presentando i concetti di base e la loro applicazione nei sistemi reali. I principali argomenti trattati sono:

    * Struttura dei sistemi operativi, nucleo. chiamate di sistema
    * Processi e threads
    * Gestione della memoria e dei dispositivi di ingresso/uscita
    * Archivi e sistema di archiviazione
    * Sistemi reali: Unix/Linux, Windows
    * Programmazione in C di sistemi UNIX/Posix



==== Modulo 1: Sistemi Operativi ==== 


Introduzione (2 ore)
    * Il sistema operativo: ruolo, funzionalità e struttura;
    * Evoluzione dei sistemi operativi: batch, multiprogrammazione, time-sharing
    * Richiami sul funzionamento dell’elaboratore: interruzioni e loro gestione, I/O,
    * Stato del processore, chiamate di sistema.

Organizzazione dei Sistemi Operativi (2 ore)
    * Funzionalità
    * Struttura: sistemi monolitici e modulari; sistemi stratificati; sistemi a microkernel
    * Organizzazione e funzionalità dei sistemi operativi Unix e Windows.

I processi (8 ore)
    * Il concetto di processo
    * Stati dei processi
    * Realizzazione dei processi nel Sistema Operativo
    * Operazioni sui processi
    * Processi e thread
    * La gestione dei processi e dei thread in Unix e in Windows: stati, rappresentazione, gestione (scheduling), operazioni e comandi

Interazione tra processi (8 ore)
    * Interazione mediante memoria condivisa: sincronizzazione; sezioni critiche e mutua esclusione; strumenti hardware per la mutua esclusione: test-and-set;  semafori
    * Interazione mediante scambio di messaggi: comunicazione diretta/indiretta, simmetrica/asimmetrica; buffering.
    * Interazione tra processi in Unix: pipe e FIFO; segnali
    * Interazione tra processi in Windows

Gestione del processore (4 ore)
    * Concetti generali e politiche di scheduling
    * Algoritmi di scheduling: FCFS,SJF, con priorità, Round Robin, con code multiple.
    * Scheduling in Unix e in Windows.

Gestione della Memoria (10 ore)
    * Concetti generali: spazio degli indirizzi logico/fisico; collegamento
    * Allocazione della memoria: contigua: a partizione singola e partizioni multiple; frammentazione;
    * Allocazione della memoria non contigua: segmentazione; paginazione
    * Memoria virtuale
    * Gestione della memoria in Unix e in Windows.

Gestione dei dispositivi di I/O (6 ore)
    * I dispositivi di I/O e la loro gestione: concetti generali
    * Organizzazione e gestione dei dischi
    * RAID

Gestione degli Archivi (8 ore)
    * File system e sua realizzazione
    * Struttura logica; metodi di accesso
    * Struttura fisica; allocazione dei file
    * Protezione
    * Il file system di Unix: organizzazione logica e fisica, comandi e system calls per la gestione e l’accesso a file e directories
    * Il file system di Windows

==== Modulo 2: Laboratorio ==== 

Strumenti per la programmazione C in ambiente GNU (e dintorni) (2h lez + 2h ese)
  * compilazione e linking
  * suddivisione di un programma in moduli: gestione(make) e archiviazione (ar)
  * debugging
  * cenni ad altri tool 

Unix e la shell (6h lez + 6h ese)
  * Unix: concetti di base, comandi/utility
  * La shell di Unix:
    *    introduzione alla shell
    *    cenni agli script
    *    personalizzazione con alias ed opzioni e variabili
    *    espansione (alias, storia, tilde, percorso, variabili, sostituzione di comando, espressioni aritmetiche)
    *    quoting
    *    Controllo dell'I/O: ridirezione
    *    Exit status
    *    Combinare comandi 
    *    pipelining
    *    sequenza non condizionale
    *    sequenze condizionali &&, ||
    *    comandi composti (uso di {…} e (…) )
    *    Operatori su stringhe (pattern matching)
    *    Costrutti di controllo :condizionale (if) e test, iterazione limitata (for), scelta multipla (case), iterazione illimitata (while e do/while), menu' con select.
    *    Read, exec, eval

C e la programmazione di sistema (1h lez)
  * cos'e' una System Call
  * gestione sistematica degli errori
  * consigli pratici di programmazione
  * convenzioni e commenti

I file (2h lez + 2 h ese)
  * concetti base dei FS Unix
  * operazioni di base (open, read, write, close, lseek)
  * link: concetti e system call per la gestione
  * manipolare e accedere alle informazioni sui file (stat, fcntl, ioctl) (brevi cenni)
  * gestione delle directory (opendir,readdir,…,closedir) (brevi cenni)
  * duplicazione di descrittori (dup e dup2)

I processi (2h lez + 2h ese)
  * il modello fork/exec
  * gestione dei figli (wait), exit status
  * atexit(), _atexit()

I thread (3h lez + 4h ese)
  * i modello a thread
  * creazione e distruzione
  * mutex e variabili di condizione 
  * soluzione ti tipici problemi di concorrenza

Maccanismi di IPC : Pipe (2h lez + 2h ese)
  * Pipe anonime
  * Pipe con nome (FIFO)

Maccanismi di IPC : Socket (2h lez + 2h ese)
  * Modello client-server
  * Socket per comunicazione locale (AF_UNIX)
  * Socket per comunicazione in rete (AF_INET)

Segnali (2h lez + 2h ese)
  * Concetti generali: eventi asincroni, gestori di eventi
  * Ignorare, gestire, mascherare ed attendere i segnali 
  * Segnali, processi e thread


Ore lezione: 	52	Ore esercitazione: 	40	 	 	 


===== Bibliografia =====

Libri di testo

  * Paolo Ancilotti, Maurelio Boari, Anna Ciampolini, Giuseppe Lipari: Sistemi Operativi (Seconda Edizione), Mc Graw-Hill, 2008. 
  * Marc J. Rochkind. Advanced UNIX Programming 2nd Edition, Addison-Wesley Professional Computing Series, 2004.

Altri Testi Consigliati:

  * Andrew S. Tanenbaum. I Moderni Sistemi Operativi (Terza Edizione). Pearson Prentice Hall, 2009
  * Andrew S. Tanenbaum. Modern Operating Systems (Third Edition). Pearson-Prentice Hall, 2008
  * A. Silbershatz, P. Galvin, G. Gagne: Sistemi Operativi (5^ edizione), Apogeo, 2005