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Cos'è il Kernel e il BIOS? Scopri Windows e Linux!

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17/06/2022

Informatica

Sistema operativo e Algoritmi di Scheduling

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Cos'è il Kernel e il BIOS? Scopri Windows e Linux!

Il sistema operativo e il suo funzionamento, dal BIOS al kernel, con focus sulla gestione dei processi e scheduling della CPU.

• Il BIOS, un firmware essenziale, avvia il computer e carica il sistema operativo
• Il kernel è il nucleo del sistema operativo che gestisce hardware e software
• La gestione dei processi avviene attraverso diversi stati e algoritmi di scheduling
• Il sistema operativo bilancia equamente le risorse tra i vari processi
• Particolare attenzione alla differenza tra kernel mode e user mode

...

17/06/2022

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Il Sistema Operativo [SO] Possibili domande : ● ● ● ● ● ● Che cosa succede quando si accende il pc ? Quando il pc si accende l'hardware avvi

Vedi

Il kernel del sistema operativo

Il kernel è il componente centrale di un sistema operativo che svolge funzioni critiche:

  • Viene caricato dal bootstrap e fa da ponte tra hardware e programmi in esecuzione
  • Gestisce le risorse hardware e le comunicazioni di input/output
  • Controlla i componenti hardware tramite driver
  • È il primo programma caricato all'avvio e l'ultimo a chiudersi allo spegnimento

Definizione: Il kernel è il nucleo del sistema operativo che gestisce le risorse hardware e fa da intermediario tra l'hardware e i programmi applicativi.

Highlight: Il kernel è sempre attivo e svolge funzioni essenziali come la gestione delle risorse e il controllo dell'hardware.

Esempio: Il kernel Linux e il kernel Windows sono esempi di kernel di sistemi operativi molto diffusi.

Il Sistema Operativo [SO] Possibili domande : ● ● ● ● ● ● Che cosa succede quando si accende il pc ? Quando il pc si accende l'hardware avvi

Vedi

Struttura e funzioni del sistema operativo

Il sistema operativo si compone di diversi livelli e componenti:

  1. Software di sistema: garantisce il funzionamento della macchina
  2. Software applicativo: fornisce l'interfaccia utente e le funzionalità per l'utente finale

I principali software di base includono:

  • Linker
  • Loader
  • Debugger
  • Sistema operativo stesso
  • Editor
  • Traduttori

La struttura a strati del sistema operativo, detta "Onion Skin", comprende:

  • Nucleo (kernel)
  • Gestione memoria centrale
  • Gestione periferiche
  • File system
  • Interfaccia utente
  • Programmi applicativi

Vocabolario: Shell: Interfaccia tra il kernel e l'utente che permette di interagire con il sistema operativo.

Highlight: La differenza tra kernel e sistema operativo sta nel fatto che il kernel è il nucleo centrale, mentre il sistema operativo include anche l'interfaccia utente e altri componenti.

Il Sistema Operativo [SO] Possibili domande : ● ● ● ● ● ● Che cosa succede quando si accende il pc ? Quando il pc si accende l'hardware avvi

Vedi

Modalità di funzionamento del sistema operativo

Il sistema operativo opera in due modalità principali:

  1. User mode (modalità utente):

    • Le applicazioni sono in esecuzione
    • Possono essere interrotte
    • Accesso limitato alle risorse hardware

  2. Kernel mode (modalità privilegiata):

    • Si attiva quando il computer accede all'hardware
    • Ha pieno controllo sulle risorse del sistema

Il sistema passa frequentemente tra queste due modalità, creando una commutazione di contesto.

Definizione: Memoria virtuale: Tecnica che simula uno spazio di memoria maggiore di quello fisicamente disponibile, utilizzando il disco rigido come estensione della RAM.

Highlight: La distinzione tra modalità utente e kernel mode è fondamentale per la sicurezza e la stabilità del sistema operativo.

Il Sistema Operativo [SO] Possibili domande : ● ● ● ● ● ● Che cosa succede quando si accende il pc ? Quando il pc si accende l'hardware avvi

Vedi

Gestione del processore (CPU)

Il sistema operativo si occupa di gestire efficacemente l'utilizzo della CPU:

  • Throughput: numero di programmi eseguiti per unità di tempo (BPS)
  • Sistemi operativi multitasking: eseguono più programmi contemporaneamente, ottimizzando l'uso della CPU

Definizione: Processo: un'entità attiva in esecuzione, gestita dalla CPU.

Gli stati di un processo includono:

  1. Nuovo
  2. Pronto
  3. Esecuzione
  4. Attesa
  5. Terminazione

Vocabolario: PID (Process ID): numero di identificazione univoco assegnato ad ogni processo dal sistema operativo.

Il Sistema Operativo [SO] Possibili domande : ● ● ● ● ● ● Che cosa succede quando si accende il pc ? Quando il pc si accende l'hardware avvi

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Algoritmi di scheduling

Esistono diversi algoritmi per gestire l'ordine di esecuzione dei processi:

  1. FIFO (First-In-First-Out):

    • Esegue i processi nell'ordine di arrivo
    • Pro: semplice da implementare
    • Contro: può causare lunghi tempi di attesa

  2. SJF (Shortest Job First):

    • Esegue prima i processi più brevi
    • Pro: riduce il tempo medio di attesa
    • Contro: può causare starvation dei processi lunghi

  3. SRTF (Shortest Remaining Time First):

    • Versione preemptive di SJF
    • Interrompe il processo in esecuzione se arriva uno più breve

Highlight: La scelta dell'algoritmo di scheduling influenza significativamente le prestazioni del sistema.

Esempio: Il kernel Linux utilizza un algoritmo di scheduling avanzato chiamato Completely Fair Scheduler (CFS).

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Criteri di scheduling e gestione dei processi

Nella gestione dei processi, il sistema operativo mira a raggiungere diversi obiettivi:

  • Minimizzare il tempo di risposta
  • Massimizzare il throughput
  • Evitare starvation dei processi
  • Bilanciare l'utilizzo delle risorse

Vocabolario: PCB (Process Control Block): struttura dati che contiene le informazioni essenziali di un processo.

Definizione: Diagramma di Gantt: rappresentazione grafica della schedulazione dei processi nel tempo.

I processi possono essere:

  • Indipendenti: non condividono dati con altri processi
  • Cooperativi: interagiscono e condividono dati con altri processi

Highlight: La gestione efficiente dei processi è cruciale per le prestazioni complessive del sistema operativo.

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Algoritmi di Scheduling

Gli algoritmi di scheduling come SRTF (Shortest Remaining Time First) ottimizzano l'esecuzione dei processi:

Definition: SRTF è una versione migliorata dell'algoritmo SJF che considera il tempo rimanente di esecuzione.

Highlight: Il tempo di risposta è cruciale per valutare l'efficienza del sistema.

Non c'è niente di adatto? Esplorare altre aree tematiche.

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L'applicazione è molto semplice e ben progettata. Finora ho sempre trovato quello che stavo cercando

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Adoro questa app ❤️, la uso praticamente sempre quando studio.

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Il kernel del sistema operativo

Il kernel è il componente centrale di un sistema operativo che svolge funzioni critiche:

  • Viene caricato dal bootstrap e fa da ponte tra hardware e programmi in esecuzione
  • Gestisce le risorse hardware e le comunicazioni di input/output
  • Controlla i componenti hardware tramite driver
  • È il primo programma caricato all'avvio e l'ultimo a chiudersi allo spegnimento

Definizione: Il kernel è il nucleo del sistema operativo che gestisce le risorse hardware e fa da intermediario tra l'hardware e i programmi applicativi.

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Esempio: Il kernel Linux e il kernel Windows sono esempi di kernel di sistemi operativi molto diffusi.

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Struttura e funzioni del sistema operativo

Il sistema operativo si compone di diversi livelli e componenti:

  1. Software di sistema: garantisce il funzionamento della macchina
  2. Software applicativo: fornisce l'interfaccia utente e le funzionalità per l'utente finale

I principali software di base includono:

  • Linker
  • Loader
  • Debugger
  • Sistema operativo stesso
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  • Nucleo (kernel)
  • Gestione memoria centrale
  • Gestione periferiche
  • File system
  • Interfaccia utente
  • Programmi applicativi

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Highlight: La differenza tra kernel e sistema operativo sta nel fatto che il kernel è il nucleo centrale, mentre il sistema operativo include anche l'interfaccia utente e altri componenti.

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Modalità di funzionamento del sistema operativo

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  1. User mode (modalità utente):

    • Le applicazioni sono in esecuzione
    • Possono essere interrotte
    • Accesso limitato alle risorse hardware

  2. Kernel mode (modalità privilegiata):

    • Si attiva quando il computer accede all'hardware
    • Ha pieno controllo sulle risorse del sistema

Il sistema passa frequentemente tra queste due modalità, creando una commutazione di contesto.

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Gestione del processore (CPU)

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  • Throughput: numero di programmi eseguiti per unità di tempo (BPS)
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Algoritmi di scheduling

Esistono diversi algoritmi per gestire l'ordine di esecuzione dei processi:

  1. FIFO (First-In-First-Out):

    • Esegue i processi nell'ordine di arrivo
    • Pro: semplice da implementare
    • Contro: può causare lunghi tempi di attesa

  2. SJF (Shortest Job First):

    • Esegue prima i processi più brevi
    • Pro: riduce il tempo medio di attesa
    • Contro: può causare starvation dei processi lunghi

  3. SRTF (Shortest Remaining Time First):

    • Versione preemptive di SJF
    • Interrompe il processo in esecuzione se arriva uno più breve

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Criteri di scheduling e gestione dei processi

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  • Minimizzare il tempo di risposta
  • Massimizzare il throughput
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I processi possono essere:

  • Indipendenti: non condividono dati con altri processi
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Avvio del computer e ruolo del BIOS

Quando si accende un computer, viene avviata una sequenza di operazioni fondamentali:

  1. L'hardware attiva il programma di boot memorizzato nel BIOS.

  2. Il BIOS (Basic Input/Output System) è un firmware essenziale memorizzato in una memoria ROM.

  3. Viene eseguito il POST (Power-On Self Test) che verifica il corretto funzionamento dell'hardware.

  4. L'IPL (Initial Program Loader) carica l'immagine del sistema operativo nella RAM.

Definizione: Il BIOS è un firmware, ovvero un programma integrato nell'hardware che non è né software né hardware puro, memorizzato in una ROM non modificabile.

Highlight: Il BIOS svolge un ruolo cruciale nell'avvio del computer, eseguendo test diagnostici e caricando il sistema operativo.

Vocabolario: Firmware: Programma integrato nell'hardware che non è modificabile dall'utente e gestisce le funzioni di base del dispositivo.

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