A.A. 2023/2024 · 1° Sem.

Reti e Sistemi Operativi (RSO)

RSO 6 CFU Docente

Risorse didattiche per l'edizione 23/24 del corso di Reti e Sistemi Operativi

Sito ufficiale del corso

Descrizione

Per informazioni più dettagliate si rimanda al sito ufficiale del corso

Lezioni

I docenti referenti del corso sono:

Prof. Giuseppe Antonio Di Luna (3CFU di S.O.)
Prof. Gabriele Proietti Mattia (3CFU di S.O. e 3CFU di Reti)

Programmazione

Le lezioni si terranno in Aula 4 dal 25/09/2023 al 22/12/2023:

il Lunedì dalle 9 alle 13;
il Venerdì dalle 9 alle 12;
il Venerdì dalle 13 alle 15;

Le lezioni si terranno anche su zoom:

qui per il prof. Di Luna;
qui per il prof. Proietti Mattia.

Piano delle lezioni

Sett.	Lez.	Data	Dalle	Alle	Docente	Arg.	Lez.	Contenuto	Materiale	Rif.
1	1	25/09/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	1	Introduzione al corso tecnica e amministrativa; Modulo 1: Concetti di base: introduzione ai sistemi operativi e alle architetture dei calcolatori
	2	29/09/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	2	Modulo 2: Strutture e funzioni di base del sistema operativo: Overview of linux, syscalls, boot, microkernel, monolithic kernels and hybrids, kernel modules (slide)
	3	29/09/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	1	1. Introduzione; 1.1 Informazioni Generali; 1.2 Programma del Corso; 1.3 Macchina Virtuale	Slides 1, complete	Slides
2	4	02/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	3	Modulo 3 - Processi
	5	06/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	4	Modulo 3 - Processi; Modulo 3 - Threads; Modulo 3 - IPC
	6	06/10/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	2	2. Reti di calcolatori e internet; 2.1 Che cos’è internet; 2.2 Edge e Core della rete; 2.3 Ritardi, Loss e Throughput	Slides 2, fino a n. 32	Cap. 1 di [R1]
3	-	09/10/2023	09:00	12:00	-	-		-
	7	13/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	5	Modulo 3 - Processi - IPC; Modulo 3 - Segnali
	8	13/10/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	3	2. Reti di calcolatori e internet; 2.3 Ritardi, Loss e Throughput; 2.4 Livelli di Protocolli; 2.5 IPv4 e IPv6; 3. Livello di Trasporto; 3.1 Introduzione;	Slides 3, fino a n. 10	Cap. 1 e 3 di [R1]
4	9	16/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	6	Sincronizzazione: introduzione al problema, race conditions, sezione critica e soluzione di peterson; Sincronizzazione: problemi della soluzione di peterson, supporto hardware: barriere, test & set, cas. Spinlocks (o mutex) , semafori, problemi notevoli di sincronizzazione
	10	20/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	7	Sincronizzazione: Spinlocks (o mutex), semafori, deadlock e livelock. Tecniche per la rilevazione, la prevenzione e l'evitamento dei deadlock. problemi notevoli di sincronizzazione: il problema dei filosofi e rw locks.
	11	20/10/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	4	3. Livello di Trasporto; 3.1 Introduzione; 3.2 UDP: Introduzione, Utilizzi; 3.3 TCP: Caratteristiche, Header Comunicazione Affidabile, Handshaking, Stato della connessione, netstat, nmap, Head-of-Line Blocking; 3.4 QUIC: Introduzione, Handshaking, Controllo della congestione, Comunicazione affidabile, Ossification	Slides 3, fino a n. 38	Cap. 3 di [R1]
5	12	23/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	8	Sincronizzazione: Spinlocks (o mutex) , semafori, deadlock e livelock. Tecniche per la rilevazione, la prevenzione e l'evitamento dei deadlock. problemi notevoli di sincronizzazione: il problema dei filosofi e rw locks
	13	27/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	9	Sincronizzazione: rw locks. (slide); Gestione della memoria: Meccanismi basici di protezione, Binding at loading, compile, and execution time. Paging.
	14	27/10/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	5	3. Livello di Trasporto; L3.1 Wireshark; L3.2 netcat; L3.3 Packet sniffing; L3.4 nmap; L3.5 git; L3.6 Katharà: installazione e configurazione	Slides 3, fino a n. 62	Slides
6	15	30/10/2023	09:00	12:00	Prof. Di Luna	SO	10	Memoria: paginazione; Esercizi vari e ripasso argomenti
	16	03/11/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	SO	1	1. Virtual Memory; 1.1 Introduzione; 1.2 Demand Paging; 1.2.1 Concetti di Base; 1.2.2 Lista Free-Frame; 1.2.3 Performance; 1.3 Copy-on-Write; 1.4 Sostituzione delle Pagine; 1.4.1 Sovra-allocazione; 1.4.2 Concetti di base; 1.4.3 Sostituzione FIFO	Slides 1, fino a 29	Cap. 10 di [S1]
	17	03/11/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	6	3. Livello di Trasporto; L3.6 Katharà: laboratori 1, 2 e 3	Slides 3, fino a 67	Slides
7	18	06/11/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	2	1. Virtual Memory; 1.4 Sostituzione delle Pagine; 1.4.3 Sostituzione FIFO; 1.4.4 Sostituzione OPT (Ottima); 1.4.5 Sostituzione LRU; 1.4.6 Sostituzione LRU-approssimata; 1.4.7 Sosituzione basata su conteggio; 1.5 Allocazione dei Frame; 1.5.1 Minimo numero di frame; 1.5.2 Algoritmi di Allocazione; 1.5.3 Allocazione Globale e Locale; 1.5.4 Tipi di Page Fault; 1.5.5 NUMA; 1.6 Thrashing; 1.7 Compressione della Memoria; 1.8 Allocazione della Memoria Kernel; 1.8.1 Buddy System; 1.8.2 SLAB Allocator;	Slides 1, fino a 66	Cap. 10 di [S1]
	19	10/11/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	SO	3	1. Virtual Memory; 1.9 Altre Considerazioni; 1.9.1 Pre-Paging; 1.9.2 Dimensioni delle Pagine; 1.9.3 TLB Reach; 2. Dispositivi di Memoria di Massa e I/O; 2.1 Overview; 2.1.1 Introduzione; 2.1.2 HDD; 2.1.3 NVM; 2.1.4 Memoria Volatile	Slides 2, fino a 12	Cap. 10 e 11 di [S1]
	20	10/11/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	7	3. Livello di Trasporto; L3.6 Katharà: laboratori 4, 5 (Routing dinamico con OSPF)	Slides 3, fino a 76	Slides
8	21	13/11/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	4	2. Dispositivi di Memoria di Massa e I/O; 2.1 Overview; 2.1.4 Memoria Volatile; 2.1.5 Mapping degli indirizzi; 2.2 Scheduling HDD; 2.2.1 Introduzione; 2.2.2 FCFS; 2.2.3 SCAN; 2.2.4 C-SCAN; 2.3 Scheduling NVM; 2.4 Gestione dei Dispositivi di Massa; 2.4.1 Formattazione; 2.4.2 Partizioni e Volumi; 2.4.3 Cluster e Raw Disk; 2.4 Hardware I/O; 2.4.1 Introduzione; 2.4.2 Memory Mapped I/O; 2.4.3 Polling; 2.4.4 Interrupts; 2.4.5 Direct Memory Access (DMA); 2.5 Interfacce I/O; 2.5.1 Introduzione	Slides 2, fino a 48	Cap. 11 di [S1]
	22	17/11/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	SO	5	2.5. Interfacce I/O; 2.5.2. Block e Char Devices; 2.5.3. Network Devices; 2.5.4. Clocks e Timers; 2.5.5. Nonblocking and Asynchronous I/O; 2.5.6. Vectored I/O; 2.6. Kernel I/O; 2.6.1. Scheduling; 2.6.2. Buffering; 2.6.3. Caching; 2.6.4. Spooling; 2.6.5. I/O Protection; 2.6.6. Strutture Dati; 3. Filesystem; 3.1. Concetto di File; 3.1.1. Introduzione; 3.1.2. Concetto di File; 3.1.3. Attributi di File; 3.1.4. Operazioni su File; 3.1.5. Tipi di File; 3.1.6. Struttura dei File; 3.1.7. Struttura Interna dei File; 3.2. Metodi di Accesso; 3.2.1. Accesso Sequenziale; 3.2.2. Accesso Diretto;	Slides 3, fino a 19	Cap. 12 e 13 di [S1]
	23	17/11/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	8	4. Python; 4.1. Introduzione; 4.1.1. Caratteristiche; 4.1.2. Installazione; 4.1.3. Virtualenv; 4.2. Concetti di Base; 4.2.1. L’interprete; 4.2.2. Variabili; 4.2.3. Script; 4.2.4. Pacchetti; 4.2.5. Controllo del Flusso; 4.2.6. Liste; 4.2.7. Zip; 4.2.8. Dizionari; 4.3. Classi e Oggetti; 4.3.1. Classi;	Slides 4, fino a 21	Slides
9	24	20/11/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	6	E1 Esercizi riepilogativi	Slides	Slides
	25	24/11/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	9	4.3. Classi e Oggetti; 4.3.1. Classi; 4.3.2. Oggetti; 4.4. Moduli File ed Eccezioni; 4.4.1. Moduli; 4.4.2. File; 4.4.3. Eccezioni; 4.4.4. Script; 4.4.5. Misura del Tempo; L4.1. Esercizi di base; L4.2. TCP SYN con Scapy; L4.3. Port Scanner con Scapy; L4.4. Traceroute con Scapy;	Slide 4, fino a 51	Slides
	26	24/11/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	10	5. Socket; 5.1. Introduzione; 5.2. Socket UDP;	Slide 5, fino a 17	Cap. 2.7 di [R1]
10	27	27/11/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	7	3.2. Metodi di Accesso; 3.2.1. Accesso Sequenziale; 3.2.2. Accesso Diretto; 3.2.3. Altri Metodi; 3.3. Strutture delle Directory; 3.3.1. Directory a Livello Singolo; 3.3.2. Directory a Due Livelli; 3.3.3. Directory a Grafo Aciclico; 3.3.4. Directory a Grafo; 3.4. Protezione; 3.4.1. Tipi di Accesso; 3.4.2. Controllo dell’Accesso; 3.4.3. Altri Metodi; 3.5. File Mappati in Memoria; 3.6. Struttura del Filesystem; 3.7. Operazioni sul Filesystem; 3.8. Implementazione delle Directory; 3.8.1. Lista Lineare; 3.8.2. Hash Table; 3.9. Metodi di Allocazione; 3.9.1. Introduzione; 3.9.2. Allocazione Contigua	Slide 3, fino a 65	Cap 13 e 14 di [S1]
	28	01/12/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	11	5. Socket; 5.2. Socket UDP; 5.2. Socket TCP; L5.1. UDP Pinger L5.2. Phonebook	Slides 3, fino a 37	Cap. 2.7 di [R1] e Slides
	29	01/12/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	12	6. RPC; 6.1. Introduzione; 6.2. Definizione; 6.2.1. Introduzione; 6.2.2. Funzionamento di Base; 6.2.3. Passaggio di Parametri; 6.3. Supporto Applicativo;	Slides 6, fino a 19	Cap 5.3 di [R2] e 4.2 di [R3]
11	30	04/12/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	8	3.9.3. Allocazione Collegata; 3.9.4. Allocazione Indicizzata; 3.10. Gestione dello Spazio Libero; 3.10.1. Bit Vector; 3.10.2. Lista Collegata; 3.10.3. Grouping; 3.10.4. Counting; 3.10.5. Space Maps; 3.10.6. TRIMming; 4. Virtualizzazione e Container; 4.1. Macchine Virtuali; 4.1.1. Virtualizzazione; 4.1.2. Overview; 4.1.3. Benefici e Funzionalità; 4.1.4. Implementazione; 4.2. Container; 4.2.1. Introduzione	Slides 4 fino a 22	Cap. 14 e 18 di [S1], l'introduzione ai bixvds è trattata ai capp. 1.1, 1.2, 1.3 di "Virtual Machines: Versatile Platforms for Systems and Processes", James Edward Smith & Ravi Nair (2020)
	-	08/12/2023	09:00	12:00	-	-	-	-
	-	08/12/2023	13:00	15:00	-	-	-	-
12	32	11/12/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	9	4. Virtualizzazione e Container; 4.2. Container; 4.2.1. Introduzione; 4.2.2. Definizione; 4.2.3. Implementazione; 4.2.4. Concetti; 4.2.5. Docker; L4.1 Docker; L4.2 Dockerfile; L4.3 Docker Compose	Slides 4, complete	Cap. 14 e 18 di [S1], l'introduzione ai bixvds è trattata ai capp. 1.1, 1.2, 1.3 di "Virtual Machines: Versatile Platforms for Systems and Processes", James Edward Smith & Ravi Nair (2020)
	33	15/12/2023	09:00	12:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	13	6. RPC; 6.3. Supporto Applicativo; 6.3.1. Stub Generation; 6.3.2. Supporto di Linguaggio; 6.4. Tipi; 6.4.1. RPC Asincrone; 6.4.2. RPC Sincrone; 6.5. Semantica con Failures; 6.6. Esempi; 6.6.1. sunRPC; 6.6.2. dceRPC; 6.6.3. gRPC;	Slides 6, complete	Cap 5.3 di [R2] e 4.2 di [R3]
	34	15/12/2023	13:00	15:00	Prof. Proietti Mattia	Reti	14	L6.1 Google RPC in Python	Slides 6, complete	Slides
13	35	18/12/2023	10:00	13:00	Prof. Proietti Mattia	SO	10	E2 Esercizi Riepilogativi	Slides	Slides
	36	22/12/2023	09:00	12:00	-	-	-
	37	22/12/2023	13:00	15:00	-	-	-

Materiale didattico

Per le lezioni del prof. Proietti Mattia, le slides delle lezioni si trovano a questo link. Per la restante parte del corso si rimanda al sito ufficiale.

Syllabus

Il syllabus del corso è soggetto a variazioni prima della fine del corso, dopodiché può considerarsi definitivo.

Sistemi Operativi (3CFU) A - Prof. Di Luna

Introduzione
Architetture dei Sistemi Operativi
Processi e Threads
Concorrenza e Sincronizzazione
Gestione della Memoria

Sistemi Operativi (3CFU) B - Prof. Proietti Mattia

Virtual Memory
1. Introduzione
2. Demand Paging
  1. Concetti di Base
  2. Lista Free-Frame
  3. Performance
3. Copy-on-Write
4. Sostituzione delle Pagine
  1. Sovra-allocazione
  2. Concetti di base
  3. Sostituzione FIFO
  4. Sostituzione OPT (Ottima)
  5. Sostituzione LRU
  6. Sostituzione LRU-approssimata
  7. Sostituzione basata su conteggio
5. Allocazione dei Frame
  1. Minimo numero di frame
  2. Algoritmi di Allocazione
  3. Allocazione Globale e Locale
  4. Tipi di Page Fault
  5. NUMA
6. Thrashing
7. Compressione della Memoria
8. Allocazione della Memoria Kernel
  1. Buddy System
  2. SLAB Allocator
9. Altre Considerazioni
  1. Pre-Paging
  2. Dimensioni delle Pagine
  3. TLB Reach
Dispositivi di Memoria di Massa e I/O
1. Overview
  1. Introduzione
  2. HDD
  3. NVM
  4. Memoria Volatile
  5. Mapping degli indirizzi
2. Scheduling HDD
  1. Introduzione
  2. FCFS
  3. SCAN
  4. C-SCAN
3. Scheduling NVM
4. Gestione dei Dispositivi di Massa
  1. Formattazione
  2. Partizioni e Volumi
  3. Cluster e Raw Disk
5. Hardware I/O
  1. Introduzione
  2. Memory Mapped I/O
  3. Polling
  4. Interrupts
  5. Direct Memory Access (DMA)
6. Interfacce I/O
  1. Introduzione
  2. Block e Char Devices
  3. Network Devices
  4. Clocks e Timers
  5. Nonblocking and Asynchronous I/O
  6. Vectored I/O
7. Kernel I/O
  1. Scheduling
  2. Buffering
  3. Caching
  4. Spooling
  5. I/O Protection
  6. Strutture Dati
Filesystem
1. Concetto di File
  1. Introduzione
  2. Concetto di File
  3. Attributi di File
  4. Operazioni su File
  5. Tipi di File
  6. Struttura dei File
  7. Struttura Interna dei File
2. Metodi di Accesso
  1. Accesso Sequenziale
  2. Accesso Diretto
  3. Altri Metodi
3. Strutture delle Directory
  1. Directory a Livello Singolo
  2. Directory a Due Livelli
  3. Directory a Grafo Aciclico
  4. Directory a Grafo
4. Protezione
  1. Tipi di Accesso
  2. Controllo dell’Accesso
  3. Altri Metodi
5. File Mappati in Memoria
6. Struttura del Filesystem
7. Operazioni sul Filesystem
8. Implementazione delle Directory
  1. Lista Lineare
  2. Hash Table
9. Metodi di Allocazione
  1. Introduzione
  2. Allocazione Contigua
  3. Allocazione Collegata
  4. Allocazione Indicizzata
10. Gestione dello Spazio Libero
  1. Bit Vector
  2. Lista Collegata
  3. Grouping
  4. Counting
  5. Space Maps
  6. TRIMming
Virtualizzazione e Container
Macchine Virtuali
1. Virtualizzazione
2. Overview
3. Benefici e Funzionalità
4. Implementazione
Container
1. Introduzione
2. Definizione
3. Implementazione
4. Concetti
5. Docker

Laboratori:

Virtual Memory
1. L1.1 Shared Memory
2. L1.2 brk() e sbrk()
–
–
Virtualizzazione e Container
1. L4.1 Docker
2. L4.2 Dockerfile
3. L4.3 Docker Compose

Reti (3CFU) - Prof. Proietti Mattia

Introduzione
1. Informazioni Generali
2. Programma del Corso
  1. Concetti di Base
  2. Programma del Corso
  3. Esempi Pratici
3. Macchina Virtuale
Reti di calcolatori e internet
1. Che cos’è internet
2. Edge e Core della rete
3. Ritardi, Loss e Throughput
4. Livelli di Protocolli
5. IPv4 e IPv6
Livello di Trasporto
1. Introduzione
  1. Multiplexing e Demultiplexing
2. UDP
  1. Introduzione
  2. Utilizzi
3. TCP
  1. Caratteristiche
  2. Header
  3. Comunicazione Affidabile
  4. Handshaking
  5. Stato della connessione
  6. netstat
  7. nmap
  8. Head-of-Line Blocking
4. QUIC
  1. Introduzione
  2. Handshaking
  3. Controllo della congestione
  4. Comunicazione affidabile
  5. Ossification
Python
1. Introduzione
  1. Caratteristiche
  2. Installazione
  3. Virtualenv
2. Concetti di Base
  1. L’interprete
  2. Variabili
  3. Script
  4. Pacchetti
  5. Controllo del Flusso
  6. Liste
  7. Zip
  8. Dizionari
3. Classi e Oggetti
  1. Classi
  2. Oggetti
4. Moduli File ed Eccezioni
  1. Moduli
  2. File
  3. Eccezioni
  4. Script
  5. Misura del Tempo
Socket
1. Introduzione
2. Socket UDP
3. Socket TCP
RPC
1. Introduzione
2. Definizione
  1. Introduzione
  2. Funzionamento di Base
  3. Passaggio di Parametri
3. Supporto Applicativo
  1. Stub Generation
  2. Supporto di Linguaggio
4. Tipi
  1. RPC Asincrone
  2. RPC Sincrone
5. Semantica con Failures
6. Esempi
  1. sunRPC
  2. dceRPC
  3. gRPC

Laboratori:

–
–
Livello di Trasporto
1. L1 Wireshark
2. netcat
3. Packet sniffing
4. nmap
5. git
6. Katharà
Python
1. Esercizi di base
2. TCP SYN con Scapy
3. Port Scanner con Scapy
4. Traceroute con Scapy
Socket
1. UDP Pinger
2. Phonebook
Middleware
1. Google RPC in Python

Testi di Riferimento

Sistemi Operativi:

[S1] Silberschatz, Calvin, Gagne. Operating Systems Concepts, tenth edition.
[S2] Stallings. Operating Systems: Internals and Design Principles.
[S3] John L. Hennessy, David A. Patterson -Computer Organization and Design RISC-V Edition.

Reti

[R1] Kurose, James F., and Keith W. Ross. “Computer networking: A top-down approach Eight edition.” Pearson (2021);
[R2] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie. “Computer Networks: a system approach (Sixth Edition)”. Elsevier (2022);
[R3] M. Van Steen and A.S. Tanenbaum. “Distributed Systems (4th edition)”. (Libro gratuito: https://www.distributed-systems.net/index.php/books/ds4/);

Esami

Per le informazioni sugli esami si rimanda al sito ufficiale del corso.