Systemsoftware
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<strong>Systemsoftware</strong><br />
Jürgen Nehmer, WS 2002/03<br />
Einführung<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 1<br />
Aufgaben eines Betriebssystems<br />
Ein Betriebssystem organisiert den Betrieb auf einem<br />
Rechner.<br />
Annahme und Abwicklung von Rechenaufträgen<br />
Hardware-Diagnose und Fehlerbehandlung<br />
Zuteilung von Hardware-Ressourcen an Rechenaufträge<br />
(Speicher, Prozessor, Geräte)<br />
langfristige Datenhaltung<br />
Ein-Ausgabe-Unterstützung<br />
Benutzer-Interaktion<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 3<br />
Compilezeit-<strong>Systemsoftware</strong><br />
– Editor<br />
– Debugger<br />
– Assembler<br />
– Compiler<br />
– Binder<br />
Begriffsbildung<br />
<strong>Systemsoftware</strong> ist ein Sammelbegriff für alle anwendungsneutralen Programme,<br />
die der Erstellung und Laufzeitunterstützung von Anwendungsprogrammen<br />
dienen<br />
Laufzeit-<strong>Systemsoftware</strong><br />
– dynamischer Binder<br />
– Lader<br />
– Interpreter<br />
– Betriebssystem<br />
– Kommunikationssystem<br />
– Application Programming<br />
Interface (API)<br />
– Middleware<br />
– Datenbankverwaltungssystem<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 2<br />
Aufgaben eines Kommunikationssystems<br />
Ein Kommunikationssystem unterstützt den kontrollierten<br />
Datenaustausch zwischen Programmen.<br />
Datenaustausch zwischen Anwendungsprogrammen und Diensten<br />
Datenaustausch zwischen abhängigen Anwendungsprogrammen<br />
Datenaustausch zwischen abhängigen Dienstprogrammen<br />
Datenaustausch in einem Rechner (Intra-Rechnerkommunikation)<br />
Datenaustausch zwischen Rechnern (Inter-Rechnerkommunikation)<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 4
Netzwerkbetriebssystem<br />
Ein Netzwerkbetriebssystem vereinigt die Leistungen eines<br />
Betriebssystems und eines Kommunikationssystems.<br />
Anwendung<br />
API<br />
Betriebssystem<br />
Kommunikationssystem<br />
Rechner<br />
Netzwerkbetriebssystem<br />
Netzwerk<br />
Anwendung<br />
API<br />
Betriebssystem<br />
Kommunikationssystem<br />
Rechner<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 5<br />
Ein-Programmbetrieb<br />
Start Ende<br />
Eingabe Rechnen Ausgabe<br />
Programmausführung<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 7<br />
Historie der Betriebssysteme<br />
Ein-Programmbetrieb (60'er)<br />
Multi-Programmbetrieb (multiprogramming, 70'er)<br />
Dialogbetrieb (time-sharing, 80'er)<br />
Multi-Dialogbetrieb (90'er)<br />
t<br />
Programm1<br />
Programm2<br />
Programm3<br />
Platte<br />
Rechnen<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 6<br />
Multi-Programmbetrieb<br />
Rechnen Platte Rechnen Drucker<br />
Platte<br />
Drucker<br />
Programmausführungen<br />
Rechnen Platte Rechnen<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 8
t<br />
Benutzer1<br />
Benutzer2<br />
Benutzer3<br />
Benutzer4<br />
Dialogbetrieb<br />
Programmausführungen<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 9<br />
Historie der Kommunikationssysteme<br />
1956<br />
– erste Experimente zur Datenübertragung mittels Telefonleitungen<br />
1962<br />
– erste Datenübertragung via Satellit (Telstar)<br />
1969<br />
– ARPA-Netzwerk (Advanced Research Projects Agency)<br />
bis 1985: 1200 Knoten<br />
Internet (Nachfolger des ARPA-Netzwerkes)<br />
– bis 1989: 100.000 Knoten<br />
– bis 1992: 1.000.000 Knoten<br />
– bis 1996: 6.000.000 Knoten<br />
– bis 2000: 100.000.000 Knoten<br />
1980<br />
– lokale Netzwerke: Ethernet und Token Ring<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 11<br />
Benutzer1<br />
Benutzer2<br />
Benutzer3<br />
Benutzer4<br />
Multi-Dialogbetrieb<br />
Programmausführungen<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 10<br />
Schichtenaufbau von Betriebs- und<br />
Kommunikationssysytemen<br />
Anwendungen<br />
Schicht n<br />
Schicht n-1<br />
Schicht 0<br />
Hardware<br />
Schicht = abstrakte Maschine mit atomaren Funktionen<br />
Betriebssystem<br />
Kommunikationssystem<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 12
F2<br />
M2<br />
F1<br />
Schichtungsprinzipien<br />
F1+F2<br />
M2<br />
F1<br />
M1 M1<br />
funktionelle<br />
Ersetzung<br />
funktionelle<br />
Erweiterung<br />
F1<br />
M2<br />
F1<br />
M1<br />
funktionelle<br />
Überlagerung<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 13<br />
Vorteile von Systemkernen<br />
Trennung von Infrastruktur und Diensten<br />
offen für Erweiterungen<br />
einheitliches Modularisierungs- und Schnittstellenkonzept für<br />
Dienste<br />
Dienste und Anwendungen auf identischem Abstraktionsniveau<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 15<br />
Beispiel: Schichten eines Betriebssystems<br />
virtuelle Rechner<br />
bestehend aus:<br />
-einemAdressraum<br />
(virtueller Speicher)<br />
-einem Thread<br />
(virtuelle CPU)<br />
Prozess=<br />
virtueller Rechner<br />
+ Programm<br />
Anwendungsprogramm<br />
API<br />
Dienstprogramm<br />
Geräteschnittstelle<br />
Systemkern<br />
Rechner-Abstraktionsschicht<br />
Rechnerhardware(CPU+Speicher)<br />
Realisierung des Zugangs zu Systemkern<br />
und Dienstprogrammen<br />
Realisierung der Dienstprogramme<br />
Realisierung virtueller Rechner durch<br />
Multiplexen von CPU und Speicher<br />
(Virtualisierung von CPU+Speicher)<br />
Hardware-Abstraktionsschicht<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 14<br />
Beispiel: Schichten im OSI-Referenzmodell der ISO<br />
Host A Host B<br />
Netz<br />
AnwendungsschichtDarstellungsschicht<br />
Sitzungsschicht<br />
Transportschicht<br />
Vermittlungsschicht<br />
Sicherungsschicht<br />
Bitübertragungsschicht<br />
Vermittlungsschicht<br />
Sicherungsschicht<br />
Bitübertragungsschicht<br />
Protokoll<br />
Switch Switch<br />
physische Übertragung<br />
Vermittlungsschicht<br />
Sicherungsschicht<br />
Bitübertragungsschicht<br />
AnwendungsschichtDarstellungsschicht<br />
Sitzungsschicht<br />
Transportschicht<br />
Vermittlungsschicht<br />
Sicherungsschicht<br />
Bitübertragungsschicht<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 16
Aufgaben der OSI-Schichten<br />
Übertragungsschicht (Ebene 1)<br />
– Übertragung einzelner Bits<br />
Sicherungsschicht (Ebene 2)<br />
– Paketisierung von Bitfolgen<br />
– Fehlererkennung und -behandlung<br />
Vermittlungsschicht (Ebene 3)<br />
– Wegewahl im Netzwerk (Routing)<br />
Transportschicht (Ebene 4)<br />
– Ende-zu-Ende-Übertragung einzelner Nachrichten<br />
Sitzungsschicht (Ebene 5)<br />
– Steuerung eines kompletten Kommunikationsablaufs (Sitzung)<br />
Darstellungsschicht (Ebene 6)<br />
– Einigung auf eine Transfer-Syntax<br />
– Datenverschlüsselung/Datenkompression<br />
Anwendungsschicht<br />
– Dateitransfer, virtuelles Terminal, RPC, electronic mail, verteilte Transaktionen<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 17<br />
Literatur<br />
1. J. Nehmer, P. Sturm: <strong>Systemsoftware</strong> - Grundlagen moderner<br />
Betriebssysteme, dpunkt.verlag, 2001 (2. Auflage)<br />
2. A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne: Applied Operating System<br />
Concepts, John Wiley & Sons, 2000<br />
3. Andrew S. Tanenbaum: Computer Networks (3rd Edition) ,<br />
Prentice Hall, 1996<br />
4. Andrew S. Tanenbaum: Computernetzwerke (3. Auflage), Pearson<br />
Education, 2000<br />
5. Larry L.Peterson, Bruce S. Davie: Computernetze, dpunkt.verlag, 2000<br />
6. F. Halsall: Data Communications, Computer Networks and Operating<br />
Systems, Addison-Wesley 1993 (dritte Auflage)<br />
7. D. Comer: Computernetzwerke und Internets, Prentice Hall, 1998<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 19<br />
Integration der Schichtenmodelle<br />
Anwendungen<br />
Dienste<br />
Infrastruktur<br />
Hardware<br />
Anwendungsschicht<br />
Darstellungsschicht<br />
Sitzungsschicht<br />
API zur Transportschicht<br />
Transportschicht<br />
Vermittlungsschicht<br />
Netzwerk-API<br />
Systemkern<br />
CPU Sicherungsschicht<br />
Übertragungsschicht<br />
Betriebssystemschicht<br />
Kommunikationsschicht<br />
<strong>Systemsoftware</strong> - Lektion I 18
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