Situato nel primo semestre del terzo anno, l'insegnamento di "Sistemi operativi" è essenziale e obbligatorio per un ingegnere informatico e mira a fornire un vantaggio decisivo nella comprensione e nell'utilizzo avanzato dei sistemi operativi. Questo insegnamento vi guiderà attraverso gli elementi cardine dell'architettura dei sistemi operativi, per poi equipaggiarvi con le conoscenze e le abilità pratiche indispensabili per la programmazione di sistema e la gestione dei processi concorrenti. Vi specializzerete nei sistemi operativi UNIX-like, con un focus intensivo su Linux. Imparerete a sfruttarne appieno le potenzialità, non solo attraverso l'uso esperto dei comandi utente e di amministrazione, ma anche sviluppando la capacità di programmare direttamente a contatto con le funzionalità più profonde del sistema.

Al termine dell’insegnamento, lo/la studente sarà in grado di: • Descrivere il ruolo di un sistema operativo nell’organizzazione e nella gestione delle risorse hardware e software di un elaboratore. • Spiegare i principali servizi e le astrazioni offerti da un sistema operativo, con particolare riferimento alla gestione dei processi, della memoria, dei file e dei dispositivi di input/output. • Confrontare le principali caratteristiche dei sistemi operativi moderni, riconoscendo le specificità fondamentali dei sistemi UNIX/Linux. • Utilizzare l’interfaccia a riga di comando di UNIX/Linux per operare su file, directory, permessi, processi e flussi di dati. • Combinare comandi, filtri, ridirezioni e pipe della shell per elaborare dati e risolvere semplici problemi. • Progettare e realizzare script di shell per automatizzare sequenze di operazioni e semplici attività di gestione del sistema. • Utilizzare le principali chiamate di sistema e le librerie POSIX per accedere a file e dispositivi e per creare, controllare e terminare processi e thread. • Analizzare l’esecuzione concorrente di processi e thread, individuando condizioni di competizione, interferenze e possibili situazioni di stallo. • Selezionare e applicare le primitive di sincronizzazione e di comunicazione appropriate per coordinare processi e thread concorrenti. • Progettare e implementare semplici programmi concorrenti in ambiente UNIX/Linux, verificandone la correttezza rispetto ai requisiti di sincronizzazione e di comunicazione.

Per affrontare con successo questo insegnamento, è essenziale possedere solide basi nelle seguenti aree: • Architettura dei Sistemi di Elaborazione: o Profonda comprensione dell'architettura di un calcolatore, con particolare attenzione alla struttura della CPU, all'organizzazione gerarchica della memoria e alla rappresentazione dei tipi di dato. o Conoscenza del funzionamento e dell'utilizzo dei meccanismi di interruzione (interrupt). • Programmazione Avanzata e Problem Solving in C: o Padronanza completa della sintassi del linguaggio C, dai costrutti fondamentali a quelli più avanzati. o Abilità nell'utilizzare e implementare strutture dati statiche e dinamiche (ADT), quali vettori, matrici, liste, code, pile, alberi, ecc. o Comprovata capacità di risolvere problemi di complessità elevata attraverso la progettazione e la scrittura di programmi efficienti in linguaggio C.

• Architettura di un sistema operativo (3.0 h): o Introduzione e classificazione dei sistemi operativi. o Struttura di un sistema operativo, risorse gestite e moduli principali. o Possibili organizzazioni di un kernel. • Aspetti base del sistema operativo Linux (6.0 h): o Comandi utente. o Comandi per la gestione del sistema. o Demo sui comandi, esempi ed esercizi. • Aspetti avanzati del sistema operativo Linux (5.5 h): o Shell. o Linguaggi di script. o Esempi ed esercizi. • Il file system (3.0 h): o File e allocazione. o Architettura di un file system. o Esempi ed esercizi. • Processi (11.0 h): o Introduzione ai processi e alla programmazione concorrente (system call fork e wait). o Controllo avanzato dei processi (system call exec e system). o Segnali. o Gestione e comunicazione tra processi (pipe). o Esempi ed esercizi. • Thread (6.0 h): o Concetti principali (esecuzione, passaggio parametri, attesa, etc.). o Differenze tra thread e processi. o Tipologie e caratteristiche dei thread. o La libreria Pthread in ambiente UNIX-like. o Esempi, esercizi e risoluzione di problemi paralleli. • Sincronizzazione di processi e thread (7.5 h): o Soluzioni software e hardware al problema della sincronizzazione. o Variabili e primitive semaforiche. o Problemi di sincronizzazione classici (produttore e consumatore, lettori e scrittori, filosofi, etc.). o Esempi, esercizi si sincronizzazione e risoluzione di problemi paralleli. • Lo scheduling dei processi (1.5 h). o Esempi ed esercizi. • Il problema dello stallo (1.5 h). o Esempi ed esercizi. • Esercitazioni di laboratorio su tutti gli argomenti precedentemente indicati su un sistema operativo Linux (15.0 h).

L'insegnamento è organizzato in lezioni, esercitazioni e laboratori. Non vi è alcuna distinzione formale tra ore di lezione e ore di esercitazione. Le esercitazioni, relative ai vari argomenti, sono svolte contestualmente alla trattazione della parte teorica. L'insegnamento comprende inoltre circa 15 ore di esercitazioni in laboratorio assistite da esercitatori e borsisti. L’attività di laboratorio comprende esercitazioni pratiche su tutti gli argomenti trattati durante le lezione e le esercitazioni in aula. Per questo motivo i laboratori sono parte integrante e fondamentale del corso. Le esercitazioni di laboratorio sono svolte utilizzando un sistema operativo Linux (Ubuntu o similare) e prevedono l’utilizzo di tutti gli strumenti base del sistema operativo stesso, dai comandi e dai linguaggi di shell, alla scrittura di script, al file-system a la sua gestione, allo sviluppo di programmi concorrenti in linguaggio C.

• Materiale fornito dal docente: o Trasparenze proiettate in aula. o Materiale utilizzato in laboratorio, con particolare riferimento alle eserctazioni di laboratorio e alle relative soluzioni. o Dispense e opuscoli su argomenti specifici. • Materiale (didattico e non) a disposizione sul World Wide Web. • Testi in forma cartacea: o A. Silbershatz, P. Galvin, G. Gagne, " Sistemi Operativi. Concetti ed Esempi ", Pearson Education Italia. o A. S. Tanenbaum, H. Bos, “I moderni sistemi operativi”, Pearson Education Italia. o W. R. Stevens, S. A. Rago, "Advanced programming in the UNIX Environment", Addison-Wesley Publishing Company.

Slides; Dispense; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio; Esercitazioni di laboratorio risolte; Video lezioni dell’anno corrente; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di auto-valutazione;

Modalita di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Computer lab-based test; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... L’esame consiste in un’unica prova scritta, svolta in presenza e con il computer sulla piattaforma «Esami». Il corso non prevede una prova orale, salvo il caso, indicato di seguito, in cui sia necessario accertare la regolarità della prova scritta. Gli studenti devono presentarsi muniti di un computer portatile personale idoneo allo svolgimento dell’esame. La prova si svolge in un’aula dotata di prese di corrente. Durante la prova, i docenti forniranno l’assistenza necessaria in caso di eventuali problemi tecnici o di utilizzo della piattaforma. Gli studenti sono tenuti a conoscere le disposizioni dell’Ateneo relative allo svolgimento degli esami, a procurarsi gli strumenti hardware e software necessari e a verificarne il corretto funzionamento e l’aggiornamento prima della prova. Devono inoltre rispettare il Codice etico dell’Ateneo e segnalare tempestivamente ai docenti eventuali problemi tecnici o infrastrutturali. Qualora emergano elementi che facciano presumere comportamenti illeciti durante la prova scritta, i docenti si riservano il diritto di annullarla o di sottoporre il candidato a un’ulteriore verifica orale. La prova comprende da 6 a 18 domande, aperte e/o chiuse. Il punteggio massimo attribuibile a ciascuna domanda è indicato esplicitamente nel testo della prova. Le domande aperte sono valutate dai docenti e ricevono un punteggio compreso tra zero e il massimo indicato, in funzione della correttezza, della completezza e della chiarezza della risposta. Le domande chiuse possono prevedere risposte numeriche, vettoriali o a scelta multipla, ad esempio “vero/falso”. Per le risposte numeriche e vettoriali, la piattaforma effettua una prima valutazione automatica, assegnando il punteggio massimo alla risposta riconosciuta come corretta e zero a quella riconosciuta come errata. Tale valutazione viene successivamente verificata dai docenti, che possono attribuire alla risposta un punteggio compreso tra zero e il massimo previsto, tenendo conto anche del procedimento seguito e di eventuali errori formali o di inserimento. Nelle domande a scelta multipla del tipo vero/falso, il punteggio è calcolato automaticamente dalla piattaforma. Sia P il punteggio massimo della domanda, C il numero delle opzioni corrette ed E il numero delle opzioni errate: • Ogni opzione corretta selezionata vale +P/C punti. • Ogni opzione errata selezionata contribuisce con −P/E punti. • Le opzioni non selezionate non producono né punti né penalità. Il punteggio complessivo della domanda può quindi variare da −P, se vengono selezionate tutte e sole le opzioni errate, a +P, se vengono selezionate tutte e sole le opzioni corrette. Se vengono selezionate tutte le opzioni, il punteggio è pari a zero. La penalizzazione delle selezioni errate è necessaria per evitare che la selezione indiscriminata di tutte le opzioni consenta di ottenere il punteggio massimo. Per tutte le domande chiuse è necessario rispettare rigorosamente il formato di risposta specificato nel testo. Le domande sono volte a verificare: • le conoscenze acquisite durante il corso, relative sia agli aspetti teorici sia a quelli applicativi; • la capacità di risolvere problemi mediante le conoscenze teoriche e pratiche acquisite, con particolare riferimento ai comandi di shell, ai linguaggi di scripting, agli aspetti fondamentali della programmazione di sistema e alla programmazione concorrente. La prova dura 130 minuti. Durante la prova non è consentito consultare appunti, libri di testo o altro materiale, né utilizzare telefoni cellulari, tablet, smartwatch o altri dispositivi elettronici. È ammesso esclusivamente il computer portatile utilizzato per accedere alla piattaforma «Esami». Le eventuali dispense predisposte dai docenti e ritenute necessarie allo svolgimento della prova, ad esempio quelle relative ai comandi della shell Linux, agli script Bash e alla libreria Pthread, saranno rese disponibili direttamente sulla piattaforma. Lo stesso vale per l’eventuale calcolatrice integrata nella piattaforma. Il punteggio massimo conseguibile nella prova è pari a 36 punti ed è ottenuto sommando i punteggi, comprese le eventuali penalità, attribuiti alle singole domande. Il punteggio complessivo viene arrotondato per eccesso all’intero successivo. La soglia per l’attribuzione della lode è pari a 32 o 33 punti, in funzione della prova; i punteggi pari o superiori a tale soglia sono convertiti in 30 e lode. Gli altri punteggi superiori a 30 vengono convertiti in 30/30.

Gli studenti e le studentesse con disabilita o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.