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| << | < | > | >> |Indice
Presentazione dell'edizione italiana xxi
Prefazione xxiii
Parte I - Panoramica 1
Capitolo 1 - Introduzione 3
1.1 Che cosa fanno i sistemi operativi? 3
1.1.1 Il punto di vista dell'utente 4
1.1.2 Il punto di vista del computer 5
1.1.3 Definizione di sistema operativo 6
1.1.4 Scopi di un sistema operativo 6
1.2 Sistemi mainframe 7
1.2.1 Sistemi a lotti 7
1.2.2 Sistemi multiprogrammati 8
1.2.3 Sistemi time-sharing 10
1.3 Sistemi desktop 11
1.4 Sistemi multiprocessore 12
1.5 Sistemi distribuiti 14
1.5.1 Reti di computer 14
1.5.2 Sistemi client-server 15
1.5.3 Sistemi punto-a-punto 16
1.5.4 Sistemi operativi distribuiti 16
1.6 Sistemi cluster 17
1.7 Sistemi in tempo reale 18
1.8 Sistemi palmari 19
1.9 Migrazione delle caratteristiche 20
1.10 Ambienti di elaborazione 21
1.10.1 Elaborazione tradizionale 21
1.10.2 Elaborazione basata sul Web 22
1.10.3 Elaborazione embedded 22
1.10.4 Elaborazione multimediale 23
1.11 Riassunto 23
Esercizi 24
Note bibliografiche 25
Capitolo 2 - Architettura del computer 27
2.1 Funzionamento del computer 27
2.2 Struttura dell'input/output 29
2.2.1 Interruzioni di input/output 30
2.2.2 Trasferimenti in DMA 32
2.3 Struttura della memoria 33
2.3.1 Memoria centrale 34
2.3.2 Dischi magnetici 35
2.3.3 Nastri magnetici 37
2.4 Gerarchia di memorizzazione 37
2.4.1 Caching 39
2.4.2 Coerenza/consistenza 40
2.5 Protezione hardware 41
2.5.1 Funzionamento in modalità
differenziate 41
2.5.2 Protezione dell' I/O 43
2.5.3 Protezione della memoria 44
2.5.4 Protezione della CPU 45
2.6 Struttura di rete 47
2.6.1 Reti locali 47
2.6.2 Reti geografiche 48
2.7 Riassunto 50
Esercizi 51
Note bibliografiche 52
Capitolo 3 - Struttura dei sistemi operativi 53
3.1 Componenti del sistema operativo 53
3.1.1 La gestione dei processi 54
3.1.2 La gestione della memoria centrale 55
3.1.3 La gestione dei file 55
3.1.4 La gestione dell'input/output 56
3.1.5 La gestione delle unità di
memorizzazione secondarie 56
3.1.6 Le reti informatiche 57
3.1.7 Il sistema di protezione 58
3.1.8 L'interprete dei comandi 58
3.2 Servizi del sistema operativo 59
3.3 Chiamate di sistema 60
3.3.1 Il controllo del processo 63
3.3.2 La gestione dei file 66
3.3.3 La gestione dei dispositivi 67
3.3.4 La gestione delle informazioni
di sistema 67
3.3.5 Le comunicazioni 67
3.4 Programmi di sistema 68
3.5 Struttura del sistema 71
3.5.1 Una struttura semplice 71
3.5.2 La struttura stratificata 73
3.5.3 I microkernel 74
3.5.4 La struttura modulare 76
3.6 Macchine virtuali 77
3.6.1 Implementazione 78
3.6.2 Vantaggi 79
3.6.3 Esempi 80
3.7 Java 80
3.7.1 Il linguaggio di programmazione 81
3.7.2 L'interfaccia per i programmi
applicativi 81
3.7.3 Java Virtual Machine 81
3.7.4 L'ambiente di sviluppo per Java 83
3.7.5 Sistemi operativi in linguaggio Java 83
3.8 Progettazione e implementazione di un
sistema operativo 84
3.8.1 Obiettivi del progetto 84
3.8.2 Meccanismi e politiche 85
3.8.3 Implementazione 86
3.9 Generazione del sistema operativo 87
3.10 Avvio del sistema operativo 88
3.11 Riassunto 89
Esercizi 90
Note bibliografiche 91
Parte II - Gestione dei processi 93
Capitolo 4 - I processi 95
4.1 Il concetto di processo 95
4.1.1 I processi 96
4.1.2 Lo stato dei processi 96
4.1.3 Il blocco di controllo del processo 97
4.1.4 I thread 99
4.2 Schedulazione dei processi 99
4.2.1 Le code di schedulazione 99
4.2.2 Gli schedulatori 101
4.2.3 Il cambio di contesto 102
4.3 Operazioni sui processi 103
4.3.1 Creazione dei processi 103
4.3.2 Terminazione dei processi 106
4.4 Processi cooperanti 107
4.5 Comunicazione tra processi 109
4.5.1 Lo scambio di messaggi 110
4.5.2 La denominazione dei processi 110
4.5.3 La sincronizzazione 112
4.5.4 La bufferizzazione 113
4.5.5 Esempio di produttore-consumatore 113
4.5.6 Un esempio: Mach 115
4.5.7 Un esempio: Windows XP 116
4.6 La comunicazione in sistemi client-server 117
4.6.1 I socket 117
4.6.2 La chiamata di procedura remota 120
4.6.3 La chiamata di metodo remoto 123
4.7 Riassunto 128
Esercizi 129
Note bibliografiche 130
Capitolo 5 - I thread 131
5.1 Generalità 131
5.1.1 Motivazioni 131
5.1.2 Benefici 133
5.1.3 Thread nello spazio utente e
nello spazio kernel 133
5.1.4 Le librerie di thread 133
5.2 Modelli multithread 134
5.2.1 Il modello molti-a-uno 134
5.2.2 Il modello uno-a-uno 135
5.2.3 Il modello molti-a-molti 135
5.3 Problematiche relative ai thread 136
5.3.1 Le chiamate di sistema fork() ed
exec() 136
5.3.2 Cancellazione 137
5.3.3 La gestione dei segnali 137
5.3.4 Gruppi di thread 139
5.3.5 Dati specifici dei thread 139
5.3.6 Attivazione dello schedulatore 140
5.4 Pthread 141
5.5 I thread di Windows XP 143
5.6 I thread di Linux 144
5.7 I thread di Java 144
5.7.1 Creazione di un thread 145
5.7.2 Gli stati di un thread 147
5.7.3 Ricongiunzione di thread 147
5.7.4 Cancellazione dei thread 148
5.7.5 Dati specifici del thread 149
5.7.6 La JVM e il sistema operativo ospite 149
5.7.7 Esempio di soluzione multithread 151
5.8 Riassunto 151
Esercizi 153
Note bibliografiche 154
Capitolo 6 - Schedulazione della CPU 155
6.1 Concetti di base 155
6.1.1 Il ciclo di picco di CPU e di I/0 156
6.1.2 Lo schedulatore della CPU 157
6.1.3 Schedulazione con sospensione
dell'esecuzione dei processi 157
6.1.4 Caricamento del processo sulla CPU 159
6.2 Criteri di schedulazione 159
6.3 Gli algoritmi di schedulazione 160
6.3.1 Schedulazione First-Come, First-Served 160
6.3.2 Schedulazione Shortest-Job-First 161
6.3.3 Schedulazione a priorità 164
6.3.4 Schedulazione Round-Robin 166
6.3.5 Schedulazione con coda a più livelli 168
6.3.6 Schedulazione con coda a più livelli
con retroazione 170
6.4 Schedulazione per sistemi multiprocessore 171
6.5 Schedulazione per sistemi in tempo reale 172
6.6 Schedulazione dei thread 175
6.6.1 Visibilità della competizione 175
6.6.2 Schedulazione di Pthread 176
6.7 Esempi di sistemi operativi 177
6.7.1 Esempio: la schedulazione in Solaris 177
6.7.2 Esempio: la schedulazione in Windows XP 180
6.7.3 Esempio: la schedulazione in Linux 182
6.8 Schedulazione dei thread in Java 183
6.8.1 Priorità dei thread 184
6.9 Valutazione degli algoritmi di schedulazione 185
6.9.1 Modellazione deterministica 185
6.9.2 Modelli a reti di code 187
6.9.3 Simulazioni 188
6.9.4 Implementazione 189
6.10 Riassunto 190
Esercizi 191
Note bibliografiche 193
Capitolo 7 - Sincronizzazione dei processi 195
7.1 Il problema della sincronizzazione 195
7.2 Il problema della sezione critica 197
7.3 Soluzioni per due processi 198
7.3.1 Algoritmo 1 199
7.3.2 Algoritmo 2 200
7.3.3 Algoritmo 3 201
7.4 Hardware per la sincronizzazione 202
7.5 Semafori 205
7.5.1 Impiego 205
7.5.2 Implementazione 206
7.5.3 Stalli e starvation 208
7.6 Problemi classici di sincronizzazione 209
7.6.1 Il problema del buffer limitato 209
7.6.2 Il problema dei lettori-scrittori 212
7.6.3 Il problema del pranzo dei filosofi 215
7.7 Monitor 217
7.8 La sincronizzazione in Java 221
7.8.1 Buffer limitato 221
7.8.2 Notifiche multiple 226
7.8.3 Il problema dei lettori-scrittori 228
7.8.4 Sincronizzazione del blocco 230
7.8.5 Semafori Java 231
7.8.6 Regole di sincronizzazione 231
7.8.7 I monitor in Java 232
7.8.8 Gestione della InterruptedException 232
7.9 Esempi di sincronizzazione 234
7.9.1 La sincronizzazione in Solaris 234
7.9.2 La sincronizzazione in Windows XP 235
7.9.3 La sincronizzazione in Linux 236
7.9.4 La sincronizzazione in Pthread 236
7.10 Transazioni atomiche 237
7.10.1 Modello del sistema 237
7.10.2 Recupero basato sui log 238
7.10.3 Punti di verifica 239
7.10.4 Transazioni atomiche concorrenti 240
7.11 Riassunto 245
Esercizi 246
Note bibliografiche 250
Capitolo 8 - Lo stallo (deadlock) 253
8.1 Il modello delle risorse di sistema e
dei processi 253
8.2 Caratterizzazione del deadlock 255
8.2.1 Condizioni per il verificarsi
del deadlock 255
8.2.2 Grafo di allocazione delle risorse 255
8.3 Metodi di gestione dei deadlock 259
8.4 Prevenire il deadlock 263
8.4.1 Mutua esclusione 263
8.4.2 Possesso ed attesa 263
8.4.3 Nessun rilascio anticipato 264
8.4.4 Attesa circolare 265
8.5 Evitare il deadlock 266
8.5.1 Lo stato sicuro 267
8.5.2 Algoritmo del grafo di allocazione
delle risorse 268
8.5.3 L'algoritmo del banchiere 269
8.6 Rilevazione del deadlock 272
8.6.1 Singola istanza di ogni tipo di risorsa 273
8.6.2 Istanze multiple di un tipo di risorsa 273
8.6.3 Uso dell'algoritmo di rilevazione 275
8.7 Ripristino dal deadlock 276
8.7.1 Termine del processo 276
8.7.2 Rilascio anticipato delle risorse 277
8.8 Riassunto 277
Esercizi 278
Note bibliografiche 282
Parte III - Gestione della memoria 283
Capitolo 9 - Gestione della memoria centrale 285
9.1 Concetti generali 285
9.1.1 Collegamento degli indirizzi 286
9.1.2 Spazio di indirizzamento logico e
spazio di indirizzamento fisico 287
9.1.3 Caricamento dinamico 289
9.1.4 Collegamento dinamico e
librerie condivise 289
9.1.5 Overlay 290
9.2 Swapping 292
9.3 Allocazione contigua di memoria 294
9.3.1 Protezione della memoria centrale 295
9.3.2 Allocazione della memoria centrale 296
9.3.3 Frammentazione 297
9.4 Paginazione 298
9.4.1 Metodo base 299
9.4.2 Supporto hardware 303
9.4.3 Protezione 306
9.4.4 Struttura della tabella delle pagine 307
9.4.5 Pagine condivise 312
9.5 Segmentazione 314
9.5.1 Metodo base 314
9.5.2 Hardware 315
9.5.3 Protezione e condivisione 316
9.5.4 Frammentazione 319
9.6 Segmentazione con paginazione 320
9.7 Riassunto 322
Esercizi 324
Note bibliografiche 326
Capitolo 10 - La memoria virtuale 327
10.1 Ambiente 327
10.2 Richiesta di paginazione 331
10.2.1 Concetti fondamentali 332
10.2.2 Prestazioni della richiesta
di paginazione 335
10.3 Copia durante la scrittura 338
10.4 Sostituzione della pagina 339
10.4.1 Sostituzione di base della pagina 340
10.4.2 Sostituzione FIFO della pagina 343
10.4.3 Sostituzione ottimale della pagina 345
10.4.4 Sostituzione LRU della pagina 345
10.4.5 Sostituzione della pagina con
approssimazione dell'algoritmo LRU 348
10.4.6 Sostituzione della pagina basata
sul conteggio 350
10.4.7 Algoritmi per l'uso del buffer
delle pagine 350
10.4.8 Le applicazioni e la sostituzione
della pagina 351
10.5 Allocazione dei frame 352
10.5.1 Numero minimo di frame 352
10.5.2 Algoritmi di allocazione 353
10.5.3 Confronto tra le allocazioni con
sostituzioni locale e globale 354
10.6 Thrashing 355
10.6.1 Cause del thrashing 355
10.6.2 Il modello working set 358
10.6.3 Frequenza delle mancanze di pagina 359
10.7 File mappati in memoria 360
10.7.1 File mappati in memoria in Java 361
10.8 Altre considerazioni 363
10.8.1 Prepaginazione 363
10.8.2 La dimensione della pagina 364
10.8.3 Estensione della TLB 365
10.8.4 Tabella delle pagine invertita 366
10.8.5 Struttura del programma 366
10.8.6 Blocco dei dispositivi di I/O 368
10.8.7 Elaborazione in tempo reale 369
10.9 Esempi di sistemi operativi 370
10.9.1 Windows XP 370
10.9.2 Solaris 371
10.10 Riassunto 372
Esercizi 373
Note bibliografiche 377
Capitolo 11 - L'interfaccia del file system 379
11.1 Il concetto di file 379
11.1.1 Attributi del file 380
11.1.2 Operazioni sui file 381
11.1.3 Tipi di file 385
11.1.4 Struttura del file 387
11.1.5 Struttura interna dei file 388
11.2 Metodi di accesso 389
11.2.1 Accesso sequenziale 389
11.2.2 Accesso diretto 389
11.2.3 Altri metodi di accesso 391
11.3 Struttura della directory 392
11.3.1 Directory a singolo livello 393
11.3.2 Directory a due livelli 394
11.3.3 Directory strutturata ad albero 396
11.3.4 Directory a grafo aciclico 398
11.3.5 Directory a grafo generale 400
11.4 Montaggio del file system 402
11.5 Condivisione dei file 403
11.5.1 Il caso di più utenti 404
11.5.2 File system remoti 405
11.5.3 Semantica della coerenza 408
11.5.4 Semantica UNIX 408
11.5.5 Semantica della sessione 409
11.5.6 Semantica dei file condivisi
immutabili 409
11.6 Protezione 409
11.6.1 Tipi di accesso 410
11.6.2 Controllo dell'accesso 410
11.6.3 Altri metodi di protezione 412
11.6.4 Un esempio: UNIX 413
11.7 Riassunto 413
Esercizi 414
Note bibliografiche 416
Capitolo 12 - Implementazione del file system 417
12.1 Struttura del file system 417
12.2 Realizzazione del file system 419
12.2.1 Panoramica sulla realizzazione
del file system 419
12.2.2 Partizioni e montaggio 422
12.2.3 File system virtuali 423
12.3 Realizzazione della directory 425
12.3.1 Lista 425
12.3.2 Tabella di hash 426
12.4 Metodi di allocazione 426
12.4.1 Allocazione contigua 426
12.4.2 Allocazione collegata 429
12.4.3 Allocazione indicizzata 431
12.4.4 Prestazioni 434
12.5 Gestione dello spazio libero 435
12.5.1 Vettore di bit 435
12.5.2 Lista collegata 436
12.5.3 Raggruppamento 437
12.5.4 Conteggio 437
12.6 Efficienza e prestazioni 437
12.6.1 Efficienza 437
12.6.2 Prestazioni 439
12.7 Recupero del file system 442
12.7.1 Controllo della coerenza 442
12.7.2 Backup e ripristino 443
12.8 File system basato sulla registrazione
delle attività 443
12.9 NFS 445
12.9.1 Descrizione 445
12.9.2 Il protocollo di montaggio 447
12.9.3 Il protocollo NFS 448
12.9.4 Traduzione del nome del percorso 450
12.9.5 Operazioni remote 450
12.10 Riassunto 451
Esercizi 452
Note bibliografiche 454
Parte IV - Sistemi di ingresso/uscita 455
Capitolo 13 - Sottosistemi di ingresso/uscita 457
13.1 Panoramica 457
13.2 L'hardware di I/O 458
13.2.1 Attesa attiva 461
13.2.2 L'interrupt 462
13.2.3 Accesso diretto alla memoria 466
13.3 Le interfacce di I/O per le applicazioni 468
13.3.1 Dispositivi con trasferimento dei
dati a caratteri e a blocchi 470
13.3.2 Le periferiche di rete 471
13.3.3 Orologi e temporizzatori 472
13.3.4 I/O bloccante e non bloccante 473
13.4 Il sottosistema di I/O del kernel 474
13.4.1 Schedulazione dell' I/O 474
13.4.2 Buffering 474
13.4.3 Caching 476
13.4.4 Spooling e prenotazione dei
dispositivi 476
13.4.5 Gestione degli errori 477
13.4.6 Strutture dati del kernel 478
13.5 Trasformazione dell'I/O in operazioni
hardware 479
13.6 STREAMS 482
13.7 Le prestazioni 484
13.8 Riassunto 487
Esercizi 488
Note bibliografiche 489
Capitolo 14 - Struttura delle memorie di massa 491
14.1 Struttura dei dischi 491
14.2 Schedulazione degli accessi al disco 492
14.2.1 Schedulazione FCFS 493
14.2.2 Schedulazione SSTF 494
14.2.3 Schedulazione SCAN 495
14.2.4 Schedulazione C-SCAN 495
14.2.5 Schedulazione LOOK 496
14.2.6 Selezione dell'algoritmo di
schedulazione del disco 497
14.3 Amministrazione del disco 498
14.3.1 Configurazione del disco 498
14.3.2 Il blocco di avvio 499
14.3.3 Blocchi difettosi 500
14.4 Gestione dello spazio di swap 501
14.4.1 Uso dello spazio di swap 501
14.4.2 Locazione dello spazio di swap 502
14.4.3 Gestione dello spazio di swap:
un esempio 502
14.5 La struttura RAID 504
14.5.1 Miglioramento dell'affidabilità
mediante la ridondanza 504
14.5.2 Il miglioramento delle prestazioni
con il parallelismo 505
14.5.3 Livelli di RAID 506
14.5.4 Scelta di un livello RAID 510
14.5.5 Le estensioni 510
14.6 Collegamento dei dischi 510
14.6.1 Memorizzazione con collegamento
all'host 511
14.6.2 Memorizzazione con collegamento
di rete 511
14.6.3 Rete della zona di memorizzazione 512
14.7 Implementazione dell'archiviazione stabile 513
14.8 Struttura di memorizzazione terziaria 514
14.8.1 Periferiche di archiviazione
terziaria 514
14.8.2 Compiti del sistema operativo 517
14.8.3 Problematiche relative alle
prestazioni 519
14.9 Riassunto 524
Esercizi 525
Note bibliografiche 531
Parte V - Sistemi distribuiti 533
Capitolo 15 - Strutture dei sistemi distribuiti 535
15.1 Concetti di base 535
15.1.1 Vantaggi dei sistemi distribuiti 536
15.1.2 Tipi di sistemi operativi distribuiti 537
15.1.3 Sintesi delle nozioni 541
15.2 Topologia 542
15.3 Comunicazione 543
15.3.1 Attribuzione e risoluzione dei nomi 544
15.3.2 Strategie di instradamento 546
15.3.3 Strategie di pacchetto 548
15.3.4 Strategie di connessione 548
15.3.5 Gestione dei conflitti 549
15.4 Protocolli di comunicazione 550
15.5 Robustezza 554
15.5.1 Individuazione dei guasti 554
15.5.2 Riconfigurazione del sistema 555
15.5.3 Recupero da un guasto 555
15.6 Problemi progettuali 555
15.7 Un esempio: il networking 558
15.8 Riassunto 560
Esercizi 560
Note bibliografiche 562
Capitolo 16 - File system distribuiti 563
16.1 L'ambiente distribuito 563
16.2 Attribuzione dei nomi e trasparenza 564
16.2.1 Le strutture di attribuzione dei nomi 565
16.2.2 Gli schemi di attribuzione dei nomi 567
16.2.3 Tecniche di implementazione 567
16.3 Accesso remoto ai file 568
16.3.1 Schema di base per l'uso della cache 569
16.3.2 Locazione della cache 569
16.3.3 Politica di aggiornamento della cache 570
16.3.4 Coerenza 571
16.3.5 Confronto tra i servizi con cache
e quelli remoti 572
16.4 File server con e senza stato 573
16.5 Replica dei file 574
16.6 Un esempio: AFS 575
16.6.1 Panoramica 576
16.6.2 Lo spazio dei nomi condiviso 577
16.6.3 Operazioni sui file e coerenza 578
16.6.4 Implementazione 579
16.7 Riassunto 580
Esercizi 581
Note bibliografiche 581
Capitolo 17 - Coordinamento distribuito 583
17.1 Ordinamento degli eventi 583
17.1.1 La relazione accaduto prima 583
17.1.2 Implementazione 584
17.2 Mutua esclusione 586
17.2.1 Metodo centralizzato 586
17.2.2 Metodo completamente distribuito 586
17.2.3 Il metodo del passaggio di token 588
17.3 Atomicità 588
17.3.1 Il protocollo di commit a due fasi 589
17.3.2 Gestione dei guasti nel protocollo
2PC 590
17.4 Controllo della concorrenza 591
17.4.1 Protocolli bloccanti 592
17.4.2 Marca di tempo 594
17.5 Gestione delle situazioni di stallo 596
17.5.1 Prevenzione delle situazioni di
stallo 596
17.5.2 Rilevamento delle situazioni di
stallo 597
17.6 Algoritmi di elezione del coordinatore 603
17.6.1 Algoritmo del bullo 603
17.6.2 Algoritmo dell'anello 605
17.7 Raggiungimento dell' accordo 605
17.7.1 Comunicazioni inaffidabili 606
17.7.2 Processi difettosi 607
17.8 Riassunto 607
Esercizi 608
Note bibliografiche 609
Parte VI - Protezione e sicurezza 611
Capitolo 18 - Protezione 613
18.1 Obiettivi della protezione 613
18.2 Domini di protezione 614
18.2.1 Struttura del dominio di protezione 615
18.2.2 Le protezioni nel sistema operativo
UNIX 616
18.2.3 Le protezioni nel sistema operativo
MULTICS 617
18.3 Matrice di accesso 619
18.4 Implementazione della matrice di accesso 623
18.4.1 Tabella globale 623
18.4.2 Liste di controllo degli accessi 623
18.4.3 Liste di capacità dei domini 623
18.4.4 Il meccanismo lock-key 624
18.4.5 Confronto 624
18.5 Revoca dei diritti di accesso 625
18.6 Sistemi basati sulle capacità 627
18.6.1 Il sistema operativo Hydra 627
18.6.2 Il sistema operativo CAP System 629
18.7 Protezione basata sul linguaggio 629
18.7.1 Applicazione basata sui compilatori 630
18.7.2 Protezione in Java 2 633
18.8 Riassunto 635
Esercizi 636
Note bibliografiche 637
Capitolo 19 - Sicurezza 639
19.1 Il problema della sicurezza 639
19.2 Autenticazione dell'utente 641
19.2.1 Le password 641
19.2.2 Vulnerabilità della password 641
19.2.3 Password criptate 643
19.2.4 Password monouso 643
19.2.5 Biometria 644
19.3 Pericoli relativi ai programmi 645
19.3.1 Cavalli di Troia 645
19.3.2 Trap door 646
19.3.3 Stack overflow e buffer overflow 646
19.4 Pericoli relativi ai sistemi 647
19.4.1 Worm 647
19.4.2 Virus 650
19.4.3 Negazione del servizio 652
19.5 Garantire la sicurezza dei sistemi e delle
funzioni 653
19.6 Rilevamento delle intrusioni 655
19.6.1 Che cosa costituisce un'intrusione? 655
19.6.2 Monitoraggio e analisi del registro
degli eventi 657
19.6.3 Tripwire 658
19.6.4 Controllo delle chiamate di sistema 659
19.7 Crittografia 661
19.7.1 Autenticazione 662
19.7.2 Algoritmi di crittografia 663
19.7.3 Un esempio: SSL 664
19.7.4 Uso della crittografia 665
19.8 Classificazione della sicurezza dei computer 666
19.9 Un esempio: Windows NT 668
19.10 Riassunto 669
Esercizi 670
Note bibliografiche 671
Bibliografia 673
Indice analitico 697
Capitoli e appendici disponibili online:
Il sistema operativo Linux
Il sistema operativo Windows XP
Il sistema operativo Windows 2000
Il sistema operativo FreeBSD
Sistemi operativi storici
Le comunicazioni in ambiente distribuito
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| << | < | > | >> |Pagina XXIIIPrefazioneIl sistema operativo è una parte essenziale del computer; un corso dedicato ai sistemi operativi è quindi parte essenziale della formazione in informatica. Questo campo sta subendo cambiamenti sempre più rapidi; i concetti fondamentali, tuttavia, sono abbastanza semplici, ed è su di essi che abbiamo basato la trattazione qui presentata. Questo libro è stato scritto come testo per un corso di carattere introduttivo sui sistemi operativi, a livello universitario o postuniversitario; speriamo che anche i professionisti lo trovino utile. Il libro fornisce una descrizione chiara dei concetti che sono alla base dei sistemi operativi moderni. A livello di prerequisiti, supporremo che il lettore abbia una conoscenza di base delle strutture dati, dei componenti di un computer e di un linguaggio ad alto livello, quale il C. Gli strumenti hardware richiesti per una comprensione adeguata dei sistemi operativi sono illustrati nel Capitolo 2. Per gli esempi di codice, useremo il linguaggio Java e qualche volta il C, ma il lettore dovrebbe essere in grado di capire le procedure illustrate anche senza una conoscenza completa di questi linguaggi. I concetti sono presentati usando descrizioni intuitive. Vengono trattati risultati teorici importanti, ma le dimostrazioni formali sono state omesse. Le note bibliografiche contengono riferimenti ai lavori di ricerca in cui sono stati presentati e dimostrati per la prima volta i risultati illustrati nel testo; vi sono pure riferimenti a materiale utile per ulteriori letture. Al posto delle dimostrazioni, come giustificazione dei risultati e guida alla comprensione, si è fatto ricorso a figure ed esempi.
Le idee e le procedure fondamentali trattate nel libro sono spesso basate su
soluzioni utilizzate nei sistemi operativi esistenti in commercio. Il nostro
scopo, tuttavia, è di illustrare queste idee e procedure in un modo del tutto
generale, senza collegamento a un particolare sistema operativo. In ogni caso,
presenteremo numerosi esempi relativi ai sistemi operativi più diffusi, tra i
quali Solaris della Sun Microsystems; Linux, Mach, Microsoft MS-DOS, Microsoft
Windows NT, Microsoft Windows 2000, Microsoft Windows XP, DEC VMS, DEC TOPS-20,
IBM OS/2, Apple Macintosh, e MacOS X. Nel libro, quando ci riferiremo a Windows
XP come esempio di sistema operativo, intenderemo sia Windows XP che Windows
2000; se vi è una caratteristica di Windows XP che non è disponibile in Windows
2000, lo diremo esplicitamente; analogamente, se una caratteristica è presente
in Windows 2000 ma non in Windows XP, faremo riferimento al sistema come Windows
2000.
Contenuto del libro Il testo è organizzato in sette parti. • Panoramica. I Capitoli da 1 a 3 spiegano che cosa sono i sistemi operativi, che cosa fanno e come sono progettati e realizzati, illustrando come si è sviluppato il concetto di sistema operativo, quali sono le caratteristiche comuni di un sistema operativo, che cosa fa un sistema operativo dal punto di vista dell'utente e dal punto di vista del sistema di calcolo. La presentazione è di tipo motivazionale, storico ed esplicativo. In questi capitoli abbiamo evitato la discussione sulla struttura interna; tali pagine sono quindi adatte a studenti di corsi introduttivi, che desiderano imparare che cos'è un sistema operativo, senza entrare nei particolari delle sue procedure interne. Il Capitolo 2 tratta argomenti relativi all'hardware che sono importanti per comprendere il funzionamento di un sistema operativo. I lettori che hanno già sufficienti conoscenze in materia, compresi i sistemi di ingresso/uscita (input/output, I/O), l'accesso diretto alla memoria (Direct Memory Access, DMA) e le operazioni sugli hard disk, possono scegliere di leggere rapidamente o in parte questo capitolo, oppure di saltarlo del tutto. • Gestione dei processi. I Capitoli da 4 a 8 descrivono il concetto di processo e di concorrenza, cioè il cuore dei moderni sistemi operativi. Un processo è l'unità di lavoro in un sistema operativo. In un sistema di elaborazione si ha un insieme di processi in esecuzione concorrente, alcuni dei quali sono processi propri del sistema operativo (quelli che eseguono il codice del sistema stesso), mentre i rimanenti sono processi utente (quelli che eseguono il codice dei programmi dell'utente). Questi capitoli riguardano la schedulazione e la sincronizzazione dei processi, la comunicazione tra processi e la gestione delle situazioni di stallo (deadlock). Vengono inoltre trattati i thread. • Gestione della memoria. I Capitoli da 9 a 12 esaminano i processi nella memoria principale durante la loro esecuzione. Per migliorare l'utilizzo della CPU e la velocità di risposta agli utenti, il computer deve mantenere parecchi processi in memoria. Ci sono molti schemi differenti per la gestione della memoria, che riflettono approcci diversi. L'efficacia dei vari algoritmi dipende dalla situazione. Poiché la memoria centrale è solitamente troppo piccola per accogliere tutti i dati e i programmi, e poiché non può memorizzare in modo permanente i dati, il computer deve essere dotato di una memoria secondaria che affianchi quella centrale. La maggior parte dei computer moderni usa i dischi come strumento primario di memorizzazione in linea per le informazioni sia sui programmi, sia sui dati. Il file system fornisce il meccanismo per la memorizzazione in linea e l'accesso ai dati e ai programmi che risiedono su disco. Questi capitoli descrivono le procedure e le strutture di gestione della memoria, offrendo una conoscenza pratica degli algoritmi usati, delle loro proprietà, dei relativi vantaggi e svantaggi. • Sistemi di ingresso/uscita. I Capitoli 13 e 14 descrivono i dispositivi di ingresso/uscita (input/output, I/O) che si collegano a un computer. Poiché questi dispositivi differiscono ampiamente tra loro, il sistema operativo deve fornire una vasta gamma di funzionalità alle applicazioni, per consentire di controllare tutti i loro aspetti. Questa Parte discute in profondità il sistema di I/O, compresa la progettazione e le interfacce di I/O, nonché le strutture e le funzioni interne del computer. Sotto molti aspetti, i dispositivi di I/O sono tra i componenti più lenti del computer; rappresentando dunque una sorta di "collo di bottiglia", viene esaminato il problema delle prestazioni. Vengono pure illustrati argomenti relativi alla memorizzazione secondaria e terziaria. • Sistemi distribuiti. I Capitoli da 15 a 17 si occupano di sistemi di elaborazione costituiti da un insieme di processori che non condividono la memoria o l'orologio, i cosiddetti sistemi distribuiti. Fornendo all'utente l'accesso alle varie risorse disponibili, un sistema distribuito può migliorare la velocità di calcolo, la disponibilità e l'affidabilità dei dati. Tale sistema, inoltre, fornisce all'utente un file system distribuito, cioè un servizio per l'accesso ai file in cui gli utenti, i computer e i dispositivi di memorizzazione sono disseminati nei vari luoghi in cui si trova il sistema distribuito. Un sistema distribuito deve fornire vari meccanismi di sincronizzazione e comunicazione per gestire lo stallo nonché la varietà di guasti che non si incontrano in un sistema centralizzato. • Protezione e sicurezza. I Capitoli 18 e 19 trattano le problematiche relative alla protezione e alla sicurezza in un sistema operativo. A scopo di protezione e sicurezza, appositi meccanismi assicurano che solo i processi che hanno ricevuto un'autorizzazione adeguata dal sistema operativo possano operare sui file, i segmenti di memoria, la CPU e le altre risorse. La protezione è un meccanismo per controllare l'accesso alle risorse di un computer da parte di programmi, processi o utenti. Questo meccanismo deve fornire la possibilità di specificare i controlli da imporre, così come gli strumenti per applicarli. Per "sicurezza" si intendono tutte quelle azioni intraprese per proteggere le informazioni memorizzate nel sistema (dati e codice) e le risorse fisiche del computer da accessi non autorizzati, da una distruzione volontaria o dall'introduzione accidentale di incoerenze. • Esempi di sistemi operativi. I Capitoli da 20 a 22 e le Appendici da A a C, scaricabili dal sito Web abbinato al libro, integrano i concetti presentati descrivendo sistemi operativi reali, tra cui Linux, Windows XP, Windows 2000, FreeBSD e Mach. Abbiamo scelto Linux e FreeBSD poiché questi sistemi di tipo UNIX sono abbastanza piccoli da risultare comprensibili, ma allo stesso tempo non sono sistemi operativi "giocattolo". La maggior parte delle loro procedure interne sono state selezionate per la semplicità, piuttosto che per la velocità o la sofisticazione. Sia FreeBSD che Linux sono usualmente disponibili nei dipartimenti universitari di informatica, cosicché molti allievi possono sperimentarli personalmente. Abbiamo scelto Windows XP e Windows 2000 perché ci offrono un'occasione per studiare un moderno sistema operativo con un progetto e un'implementazione drasticamente differenti da quelli di UNIX. Il Capitolo 22 descrive brevemente alcuni altri sistemi operativi che hanno avuto qualche influenza storica. | << | < | > | >> |Pagina 1284.7 Riassunto [I processi]Un processo è un programma in esecuzione. Mentre vengono eseguiti, i processi cambiano stato. Lo stato di un processo è definito dall'attività corrente del processo medesimo. Ciascun processo può essere in uno dei seguenti stati: nuovo, pronto, in esecuzione, in attesa o terminato, ed è rappresentato nel sistema operativo dal suo Process-Control Block (PCB). Un processo, quando non è in esecuzione, viene messo in una coda d'attesa. Vi sono due tipi principali di code in un sistema operativo: code per la richiesta di I/O e code per i processi pronti; queste ultime contengono tutti processi che sono pronti per essere eseguiti e attendono la CPU. Ciascun processo è rappresentato da un PCB, e i PCB possono essere riuniti per formare la coda dei processi pronti. La schedulazione dei processi a lungo termine è la selezione dei processi cui è permesso contendersi la CPU. Di solito, lo schedulatore a lungo termine è altamente influenzato da considerazioni sull'allocazione delle risorse, specialmente per la gestione della memoria. La schedulazione a breve termine è la selezione di un processo da mettere in esecuzione dalla coda dei processi pronti. I processi, in molti sistemi operativi, possono essere eseguiti concorrentemente. Ci sono svariate ragioni per consentire l'esecuzione concorrente: la condivisione di informazioni, la velocizzazione della computazione, la modularità e la convenienza. L'esecuzione concorrente richiede un meccanismo per la creazione e la terminazione dei processi. Il processo in esecuzione nel sistema operativo può essere indipendente o cooperante. I processi cooperanti devono avere i mezzi per comunicare l'un con l'altro. In sintesi, la comunicazione si ottiene attraverso due schemi complementari: la condivisione di memoria e lo scambio di messaggi. I metodi per la condivisione della memoria richiedono che i processi comunicanti condividano alcune variabili, e i processi scambiano informazioni attraverso l'uso di queste variabili condivise. Nel sistema a condivisione di memoria la responsabilità di attuare la comunicazione è dei programmatori dell'applicazione; il sistema operativo deve fornire solo la memoria condivisa. Il meccanismo di scambio dei messaggi permette di trasferire informazioni attraverso i messaggi. La responsabilità di garantire la comunicazione è del sistema operativo. Questi due schemi non sono mutuamente esclusivi e possono essere usati simultaneamente in un singolo sistema operativo. La comunicazione nei sistemi client-server può usare (1) i socket, (2) le chiamate di procedure remote (RPC) o (3) l'invocazione di metodi remoti di Java (RMI). Un socket è definito come un estremo di un canale di comunicazione: una connessione fra due applicazioni è composta da una coppia di socket, uno a ciascuno degli estremi del canale di comunicazione. Un'altra forma di comunicazione distribuita sono le RPC. Una RPC avviene quando un processo (o thread) chiama una procedura in un'applicazione remota. La RMI è la versione Java della RPC: essa consente a un thread di invocare un metodo su un oggetto remoto come se lo invocasse su un oggetto locale. La differenza principale fra RPC e RMI consiste nel fatto che nella RPC i dati sono passati a una procedura remota attraverso un'ordinaria struttura dati, mentre la RMI permette che siano passati oggetti come parametri. | << | < | > | >> |Pagina 37210.10 Riassunto [La memoria virtuale]È desiderabile poter eseguire un processo il cui spazio logico degli indirizzi è più grande dello spazio degli indirizzi della memoria fisica disponibile. Il programmatore può rendere tale processo eseguibile ristrutturandolo mediante overlay (sovrapposizione), ma ciò rappresenta generalmente un'attività di programmazione difficile. La memoria virtuale è una tecnica per permettere a un grande spazio di indirizzi logici di essere mappato in una memoria fisica più piccola. La memoria virtuale permette a processi notevolmente grandi di funzionare, e consente di elevare il livello di multiprogrammazione, aumentando l'utilizzo della CPU. Inoltre, libera i programmatori dalle preoccupazioni relative alla disponibilità di memoria. La memoria virtuale è comunemente implementata con la richiesta di paginazione. La richiesta di paginazione pura non porta mai a una pagina fino a quando quella pagina non è referenziata. Il primo referenziamento causa una mancanza di pagina nel monitor residente del sistema operativo. Il sistema operativo consulta una tabella interna per determinare, nella memoria ausiliaria, dove si trova la pagina; trova poi un frame libero e carica la pagina dalla memoria ausiliaria. La tabella delle pagine è aggiornata per riflettere questo cambiamento e l'istruzione che ha causato la mancanza di pagina viene fatta ripartire. Questo metodo permette a un processo di funzionare anche se l'intera immagine della memoria non è immediatamente nella memoria centrale. Finché il tasso di mancanze di pagina è ragionevolmente basso, le prestazioni sono accettabili. Si può usare la richiesta di paginazione per ridurre il numero di frame allocati a un processo. Questa modalità può aumentare il livello di multiprogrammazione (permettendo a più processi di essere disponibili contemporaneamente per l'esecuzione) e, almeno in teoria, l'utilizzo della CPU del sistema. La paginazione permette, inoltre, ai processi di andare in esecuzione anche se le loro richieste di memoria eccedono la memoria fisica totale disponibile, funzionando nella memoria virtuale. Se le richieste totali di memoria eccedono la memoria fisica, può poi essere necessario sostituire le pagine prese dalla memoria con dei frame liberi per ottenere nuove pagine. Allo scopo si usano vari algoritmi di sostituzione. La sostituzione FIFO della pagina è facile da programmare ma è affetta dall'anomalia di Belady. La sostituzione ottimale della pagina richiede di conoscere il comportamento futuro. La sostituzione LRU è un'approssimazione della sostituzione ottimale della pagina, ma può anche essere difficile da implementare. La maggior parte degli algoritmi di sostituzione delle pagine, quale l'algoritmo della seconda possibilità, sono approssimazioni della sostituzione LRU. In aggiunta all'algoritmo di sostituzione della pagina, è necessaria una politica di allocazione dei frame. L'allocazione può essere statica, con la sostituzione locale delle pagine, o dinamica, con la sostituzione globale. Il modello working set assume che i processi siano eseguiti in località; il working set consiste nell'insieme delle pagine nella località corrente. In base a tale modello, a ogni processo dovrebbero essere allocati abbastanza frame per il proprio working set. Se un processo non ha abbastanza memoria per il proprio working set, avverrà un thrashing. Fornire abbastanza frame a ogni processo per evitare il thrashing può richiedere di commutare e schedulare i processi; oltre a richiedere di risolvere i principali problemi di sostituzione della pagina e di allocazione di frame, un'adeguata progettazione di un sistema di paginazione richiede di considerare la dimensione della pagina, l'I/O, il blocco, la prepaginazione, la creazione del processo, la struttura del programma ecc. Molti sistemi operativi forniscono funzionalità per mappare i file in memoria, permettendo quindi che le chiamate di I/O ai file siano trattate come procedure di accesso alla memoria. Java fornisce un'API per la mappatura della memoria. Ci sono parecchie altre questioni riguardanti la memoria virtuale, tra cui la prepaginazione di un file in memoria, la dimensione di una pagina e la quantità di memoria che può essere referenziata nel buffer look-aside.
La memoria virtuale può essere considerata come un livello in una gerarchia
di livelli di memorizzazione in un computer. Ogni livello ha un proprio tempo di
accesso, una propria dimensione e propri parametri di costo. Un esempio completo
di sistema ibrido e funzionale di memoria virtuale è presentato nel capitolo
dedicato al Mach (Appendice B).
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