Progettazione di Sistemi Operativi - LM

Questa pagina fornisce il materiale didattico e le informazioni relative all'insegnamento di Progettazione di Sistemi Operativi (9 CFU) per il Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica, obbligatorio dall'A.A. 2019-20 per il curriculum Cyber systems (invece negli A.A. 2017-18, anno di attivazione, e 2018-19, era obbligatorio per il curriculum Data Engineering and Analytics).

Questo materiale didattico per una buona parte deriva da quello dell'insegnamento di Principi di Sistemi che fino all'A.A. 2016-17 era attivo al I anno della Laurea Magistrale.

News

In data 19/12/2019 è stato predisposto un quiz di autovalutazione su Dolly: si prega di segnalare qualunque problema incontriate nel suo svolgimento.

Per la prima settimana di lezione, nelle due ore di Giovedì (19/09/2019) verrà svolta lezione invece che esercitazioni.

Per delibera del Consiglio dei Corsi di Studio di Ingegneria Informatica è stata stabilita una corrispondenza ore/CFU di 8 ore per CFU e non più 9 come in precedenza: quindi per questo insegnamento le ore minime di esercitazioni per 3 CFU del Prof. Bicocchi corrispondono a 24 ore, mentre le ore minime di lezione per 6 CFU corrispondono a 48 ore.

Informazioni sul docente

Prof. Letizia Leonardi

Stanza: MO-27-01-019, primo piano, Edificio 27, Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari" (Università di Modena e Reggio Emilia)

Via P. Vivarelli 10, 41125 MODENA

Telefono 0592056135 - Fax 0592056129

letizia.leonardi@unimore.it

Orario di ricevimento: ATTENZIONE DURANTE IL II SEMESTRE DELL'A.A. 2019-20 il ricevimento studenti è spostato dal Lun. 15-17 al Mer. 11-13 (di norma, per eventuali modifiche consultare la pagina)

Orario delle Lezioni

Le lezioni di questo insegnamento sono collocate nel I semestre e per l'A.A. 2019-20 avranno inizio Lunedì 16 Settembre 2019.

L'orario delle lezioni è disponibile sul sito di Ingegneria e in particolare quelle di Progettazione di Sistemi Operativi si trova qui.

Qui di seguito si riporta, comunque, per comodità l'orario:

Lunedì	ore 11-13 (lezione)	aula P2.1 (FA-2A) (Ingegneria)
Mercoledì	ore 11-13 (lezione)	aula P1.5 (Fa-1E) (Ingegneria)
Giovedì	ore 11-13 (esercitazione)	Lab. P2.5 (FA-2E) (Ingegneria)

NOTE ALL'ORARIO:

Per la prima settimana di lezione, nelle due ore di Giovedì (19/09/2019) verrà svolta lezione invece che esercitazioni.

Obiettivi dell'Insegnamento

L'obiettivo dell'insegnamento è di far raggiungere allo studente una buona conoscenza e capacità di comprensione di ogni livello/gestore di cui si compone un Sistema Operativo allo scopo di poter capire le problematiche di progettazione di un Sistema Operativo sia riguardo ai meccanismi di funzionamento che alle relative politiche. L'applicazione di queste conoscenze riguarda gli aspetti di progettazione di un Sistema Operativo ispirato a UNIX. Questo insegnamento rappresenta il completamento delle conoscenze rispetto all'insegnamento di Sistemi Operativi della Laurea triennale.

Programma dell'Insegnamento

13/08/2020-DA AGGIORNARE PER LA PARTE PRATICA PER L'A.A. 2020-21: fare riferimento al programma inserito nella scheda ESSE3

Gli argomenti teorici che verranno affrontati saranno:

1) Generalità sui Sistemi Operativi Evoluzione storica: dai primi sistemi ai moderni sistemi operativi. Classificazione dei Sistemi Operativi: sistemi mono- e multi-utente, sistemi batch e interattivi, sistemi in time-sharing e real-time. Elementi di base di un Sistema Operativo: punto di vista esterno (utente o programmatore di sistema) e punto di vista interno.

2) Sistema Operativo come insieme di gestori delle risorse. In particolare:

a) Gestione della CPU Punto di vista esterno - tecniche di programmazione concorrente: modelli dei processi ad ambiente globale e ad ambiente locale; strumenti per la sincronizzazione di processi in ambiente globale (semafori, monitor, etc.) e locale (scambio di messaggi, RPC, etc.). Punto di vista interno - progettazione del nucleo: strutture dati e primitive; progettazione di algoritmi di scheduling; soluzioni al problema del blocco dei processi (deadlock).

b) Gestione della memoria Punto di vista esterno - programmi: assoluti, rilocabili staticamente, rilocabili dinamicamente. Punto di vista interno - progettazione dei metodi di allocazione: contigua (partizionamento statico e dinamico); swapping; segmentazione; non contigua (paginazione); gestione della memoria virtuale.

c) Gestione del File System Punto di vista esterno - organizzazione logica dei direttori e proprietà dei file; livello di programmazione. Punto di vista interno - progettazione dell'allocazione fisica in memoria secondaria: metodo contiguo; metodi non contigui (concatenamento e indicizzazione).

Quando necessario, questi argomenti saranno esemplificati rivedendone l'implementazione in UNIX/Linux.

Gli argomenti pratici che verranno affrontati in questo insegnamento saranno svolti utilizzando il linguaggio di programmazione C utilizzato per la progettazione del Sistema Operativo xv6 (a simple, Unix-like teaching operating system).

Registro delle lezioni

Dopo ogni lezione/esecitazione verrà compilato il registro con l'indicazione degli argomenti trattati.

Per l'A.A. corrente 2019-20 il registro si trova al link.

I registri relativi agli anni accademici precedenti sono accessibili ai seguenti link:

• Registro A.A. 2018-19
• Registro A.A. 2017-18

Modalità d'esame

L'esame si compone di una prova orale e da una tesina facoltativa che, nel caso, deve essere presentata e discussa con il Prof. Bicocchi prima della prova orale (ENTRO LA SCADENZA DELL'ISCRIZIONE ALLA PROVA ORALE). Per maggiori dettagli, vedere il seguito di questa pagina.

Prova orale (AGGIORNATE REGOLE DALL'A.A. 2019-20)

Nel caso uno studente abbia deciso di presentare una tesina al Prof. Bicocchi, la prova orale può essere sostenuta solo dopo aver discusso tale tesina. Una volta sostenuta la prova orale, NON sarà possibile presentare alcuna tesina.

La prova orale spazia su tutto il programma che verrà svolto: come case-studies verrà fatto riferimento sia al Sistema Operativo UNIX/Linux che al Sistema xv6.

Il voto della prova orale è espresso in trentesimi e può arrivare ad un massimo di 27/30. Tale voto potrà essere incrementato di un valore da 1-4 punti nel caso di svolgimento e discussione della tesina facoltativa secondo quanto sotto illustrato.

Per l'iscrizione alla prova orale, di norma, viene inserito un appello su ESSE3, altrimenti inviare una email al docente per avere informazioni.

NOTA BENE: Durante la sessione estiva (Giugno-Luglio 2020) potranno essere organizzati esami orali solo a distanza, come previsto dalle linee guida di Ateneo: gli studenti interessati dovranno aggregarsi in gruppetti di almeno 3 studenti per garantire il fatto che l'esame sia pubblico e dovranno contattarmi per email per fissare una data in Giugno e una data in Luglio (come disponibilità di minimo). Nel caso non riusciate ad organizzarvi in almeno 3 studenti dovrò avere la disponibilità di colleghi, che non facciano parte della commissione d'esame, ad essere presenti e quindi fissare le date potrebbe essere un po' più complicato.

Tesina

La tesina è facoltativa. L'argomento della eventuale tesina va concordato con il Prof. Bicocchi e avrà come ambito quello del Sistema xv6. La discussione della tesina deve avvenire prima della prova orale (ENTRO LA SCADENZA DELL'ISCRIZIONE ALLA PROVA ORALE): il voto preso dallo studente nella tesina influirà sul voto finale andando ad incrementare il voto della prova orale di un valore da 1 a 4 punti.

Note sugli esami

1. In data 19/12/2019 è stato predisposto un quiz di autovalutazione su Dolly: si prega di segnalare qualunque problema incontriate nel suo svolgimento.
2. Si ricorda che l'eventuale tesina va discussa prima di poter sostenere la prova orale.
3. Il voto della eventuale tesina ha, di norma, una validità di sei mesi.
4. Per arrivare al massimo punteggio (30L/30) lo studente deve ottenere il punteggio massimo sia all'orale che nella tesina.

Appelli

Date

NOTA DEL 16/12/2019

Si segnala che d'accordo con gli studenti frequentanti nell'A.A. 2019-20 è stato deciso di NON fissare delle date per tutto l'A.A. ma di concordarle volta per volta. Per la sessione di esami di Gennaio-Febbraio 2020, si comunica che oggi sono state fissate le seguenti date:

1) Lun. 27/01/2020, con iscrizioni fino a Ven. 24/01/2020;
1) Mer. 19/02/2020, con iscrizioni fino a Dom. 16/02/2020;

Potranno essere fissate altre date su richiesta.

Consigli Utili

Per superare agevolmente la prova orale si consiglia agli studenti di seguire con continuità le lezioni e le esercitazioni in laboratorio e non limitarsi a studiare pedissequamente i lucidi o i testi consigliati, ma di sforzarsi di creare i collegamenti mentali necessari per avere una visione di insieme di ogni argomento.

Testi Consigliati

Materiale come le slide utilizzate alezione sono disponibili in questa pagina.

Comunque, testi di riferimento possono essere:

J. Peterson, A. Silberschatz: "Operating System Concepts", Addison Wesley, 1990 (anche versione italiana: SILBERSCHATZ A., GALVIN P., G. GAGNE: "Sistemi Operativi: concetti ed esempi - sesta edizione", Casa Editrice Addison-Wesley, 2002).

M. Milenkovic: "Sistemi Operativi", McGraw-Hill, 1990.

P. Ancilotti, M. Boari: "Principi e Tecniche di Programmazione Concorrente", UTET, 1988.

Il materiale usato durante le esecitazioni in laboratorio e per la preparazione della tesina può essere reperito qui.

Slide dell'Insegnamento

Sono disponibili i lucidi in formato PDF usati durante le lezioni di teoria sui seguenti argomenti che necessitano tutti, a parte il primo file, di password di lettura (tale password sarà comunicata durante la prima lezione):

1. Programma del corso e modalità di esame (aggiornato il 16/08/2020)
2. Slide introduttive sui Sistemi Operativi: evoluzione e categorizzazione dei Sistemi Operativi (aggiornato il 16/08/2020)
3. Slide sui processi: generalità (aggiornato il 16/08/2020)
4. Slide sui processi: interazione fra processi (aggiornato il 16/08/2020)
5. Slide sui processi: esempi di uso dei semafori (aggiornato il 16/08/2020)
6. Slide sui processi: processi cooperanti in ambiente globale (aggiornato il 16/08/2020)
7. Slide sui processi: costrutti di sincronizzazione in ambiente globale ; se interessati, si veda anche Slide su altri costrutti di sincronizzazione (aggiornati il 16/08/2020)
8. Slide su processi in ambiente Locale: processi comunicanti in ambiente locale (aggiornato il 16/08/2020)
9. Slide sul Nucleo (aggiornato il 16/08/2020)
10. Slide sul Nucleo bis: Scheduler (aggiornato il 16/08/2020)
11. Slide sul deadlock (aggiornato 28/10/2019 ore 15,00)
12. Slide sulla Gestione della Memoria: metodi di allocazione contigua (aggiornato 13/11/2019 ore 14,05)
13. Slide sulla Gestione della Memoria: metodi di allocazione non contigua (aggiornato 13/11/2019 ore 14,05); se interessati, si veda anche Lucidi su gestione memoria in architetture Intel a 32/64 bit e nell’architettura ARM (tratti da cap. 8- Operating System Concepts – 9th Edition, Silberschatz, Galvin and Gagne ©2013)
14. Slide sulla Gestione della Memoria Virtuale (aggiornato 25/11/2019 ore 17,35)
15. Slide sulla Gestione dei file: livello logico (aggiornato 11/12/2019 ore 8,40; se interessati, si veda anche Slide su gestione dispositivi di memorizzazione (da Operating System Concepts – 9th Edition -cap.10, Silberschatz, Galvin and Gagne ©2013)
16. Slide sulla Gestione dei file: livello fisico (aggiornato 16/12/2019 ore 13,40); se interessati, si veda anche Slide su Network File System (NFS) (da Operating System Concepts – 9th Edition -cap.12, Silberschatz, Galvin and Gagne ©2013)

Inoltre sono disponibili le Slide sulla sicurezza degli studenti.

Si avvisano inoltre gli studenti che alla URL posso essere consultate alcuni elaborati triennali su tematiche relative in particolare a UNIX e/o Linux.

Strumenti Software

Gli strumenti software che si utilizzano durante le esercitazioni in laboratorio sono reperirli alla URL.

Tesi

Accedendo all'applicazione specifica si potranno trovare degli argomenti di tesi di Laurea Magistrale collegati a questo insegnamento.