Vorlesung Betriebssysteme

Vorlesung Betriebssysteme 

Hochschule Darmstadt 

Studiengang: CNAM 

Dozent: Günther Fröhlich 

Literatur: A. Tanenbaum, Moderne 

Betriebssysteme, 3. Auflage (2009) 

Vorlesung WS 2010 - Samstags 11:00 Uhr

Aus der Einführung von Tanenbaum 

https://www.amazon.de/Moderne-Betriebssysteme-Andrew-S-Tanenbaum/dp/3827370191/ref=sr_1_1?s=gateway&ie=UTF8&qid=1285840922&sr=8-1

Einführung 

Prozesse und Threads 

Speicherverwaltung 

Dateisysteme 

Eingabe und Ausgabe 

Deadlocks 

Multimediasysteme 

Linux und Windows Vista 

Gliederung 

22.10.10 Betriebssysteme - Kapitel 1 - Einführung 3

Was ist ein Betriebssystem? 

Die Abgrenzung ist schwierig 

1. Versuch: BS ist Software, die im Kernelmode läuft 

(Hardwareschutz !) 

2. Versuch funktional: BS übernimmt zwei unabhängige 

Aufgaben: 

Bietet (saubere) Abstraktion der Betriebsmittel für 

Programme und Programmierer 

Verwaltung der Hardwareresourcen 


Was ist ein Betriebssystem ? 

Das Betriebssystem als eine erweiterte Maschine 

Top-Down-Sicht 

Architektur eines Rechners auf Ebene der 

Maschinensprache ist simpel (nicht abstrakt) und schwer 

zu programmieren 

Gutes Beispiel ist die Ein-/Ausgabe mit einer alten 

einfachen Diskette und Diskettenlaufwerk. 

Der IBM-PC Disketten-Controller kennt 16 Steuerbefehle 




Elementare Kommandos sind read und write mit je 13 

Parametern in 9 Byte und bestimmen 

die Adresse des zu lesenden Diskettenblocks 

die Anzahl der Sektoren pro Spur 

den Aufzeichnungsmodus des physikalischen 

Mediums 

den Abstand zwischen den Sektoren 

Die Behandlung der deleted data address Marke 




Nach Abschluss der Operation liefert der Controller 23 

Status und Fehlerfelder, die in 7 Byte gepackt sind. 

Zusätzlich muss der Programmierer eines 

Diskettensystems berücksichtigen, ob der Motor an oder 

ausgeschaltet ist. 

Ist er ausgeschaltet, muss er mit einer Anlaufverzöge-rung 

angeschaltet werden, bevor Daten gelesen / geschrieben 

werden 




Motor darf nicht zu lange eingeschaltet sein, um die 

Diskette zu schonen 

Mit der Programmierung des Controllers will sich ein 

Anwendungsprogrammierer nicht beschäftigen, er will eine 

einfache Abstraktion auf oberster Ebene: 

Diskette enthält Dateien, die geöffnet, gelesen, geschrieben 

und geschlossen werden können. Details der Ausführung 

sollen in der Abstraktion nicht auftreten 




Hardware ist hässlich: eine der Hauptaufgaben eines BS ist 

es, die Hardware zu verstecken 



Das Betriebssystem als Ressourcenverwalter 

Bottom-Up-Sicht 

BS soll die Hardware (Prozessoren, Speicher, Ein-Ausgabegeräte wie Tastaturen, 

Mäuse, Druckern, Netzwerkschnittstellen etc. ) geordnet und kontrolliert den 

um sie konkurrierenden Programmen zuteilen (z.B. 

Druckausgaben) 

Braucht man kein BS, wenn nur ein Programm laufen 

kann? 



Das Betriebssystem als Hardwareschutz 

Auch wenn nur ein Programm läuft, muss verhindert 

werden, dass ein fehlerhaftes Programm 

die Maschine zum Absturz bringt 

die Hardware beschädigt 


Geschichte der Betriebssysteme 

Die erste Generation (1945 1955) 

Rechner auf Basis von Relais oder Röhren 

Eine Gruppe von Ingenieuren entwarfen, bauten, 

betrieben und warteten einen Rechner 

Programmierung erfolgte in Maschinensprache - 

Assembler und höhere Programmiersprachen waren 

noch unbekannt 

Betriebssysteme gab es nicht 



Die zweite Generation (1956- 1965) - Transistoren und 

Stapelverarbeitungssysteme 

Mit Einführung der Transistoren wurden Rechner kleiner, 

zuverlässig und in Serie hergestellt. 

Erstmals Trennung zwischen Entwicklern, Herstellern, 

Operateuren und Wartungspersonal 

Mainframes wurden in geschützten klimatisierten 

Räumen von Operateuren betrieben 

Besitzer: Große Unternehmen, Behörden und 

Universitäten 





Einführung von Assembler und Fortran 

Programme wurden auf Papier entwickelt und dann auf 

Lochkarten gestanzt 

Lochkartenstapel (Stapelverarbeitung !) wurde dann den 

Operateuren übergeben, die sie 

in den Rechner zum Lesen einlegten 

Compiler-Kartenstapel dazu holten 

ein ausführbares Programm erstellten 

das Programm ausführen ließen 

das Ergebnis dem Programmierer übergaben 





Lochkartenstapel wurde dann den Operateuren 

übergeben, die sie 

in den Rechner zum Lesen einlegten 

Compiler-Kartenstapel dazu holten 

ein ausführbares Programm erstellten 

das Programm ausführen ließen 

das Ergebnis dem Programmierer übergaben 

Dabei wurde viel Rechenzeit für Laufarbeiten 

verschwendet → Konzept der Stapelverabeitung 



Die zweite Generation (1956- 1965) 





Ziel: optimale Auslastung der Rechenkapazität 

Trennung von Programmerzeugung, Ausführung und 

Ergebnisausgabe 

Bei der Ausführung auf der 7094 wurde ein spezielles 

Programm geladen, das den ersten „Job“ vom Band 

geladen und ausgeführt hat. Dieses Programm ist ein 

Vorläufer der heutigen Betriebssysteme 

Nach Abschluss eines Jobs las das BS automatisch den 

nächsten Job vom Band 




FMS = Fortran Monitor 

System 




Struktur des Jobs: 

$JOB-Karte Maximale Laufzeit, Abrechnungsnummer und -name 

$FORTRAN Betriebssystem lädt Compiler vom Band und compiliert 

$LOAD Das übersetzte Programm wird in den Speicher geladen 

$RUN Das BS startet die Ausführung des Programms 

$END Markiert das Ende des Jobs 

Diese Kontrollkarten waren die Vorläufer der modernen 

Kommandozeileninterpreter und Shells 



Die dritte Generation (1966- 1980) 

Zwei grundlegende Rechnerarchitekturen: 

wortorientierte wissenschaftliche Rechner (numerische 

Berechnungen ) 

zeichenorientierte kommerzielle Rechner (z.B. IBM 1401) 

für Listenerstellen, -sortieren und -drucken 

IBM System/360 verband beide Produktlinien und führte 

die Rechnerfamilienbildung ein. 




IBM System/360 verband beide Produktlinien und führte die 

Rechnerfamilienbildung ein, um 

nur ein Betriebssystem (OS360) entwickeln und warten 

zu müssen 

mit einer Befehlssatzarchitektur (ISA) die gleiche 

Software auf unterschiedlichen Generationen der 

Rechnerfamilie benutzen zu können 

Kommerziell bis heute erfolgreiches Konzept mit den 

Generationen 360, 370, 3080, 3090... bis SystemZ. 

Werden heute noch als DB- und WWW-Server eingesetzt 




Die Stärke von OS360 war seine größte Schwäche: 

Es sollte universell einsetzbar sein, bestand aus einigen 

Millionen Zeilen Assemblercode und enthielt tausende 

von Fehlern. 

Jede Version beseitigte Fehler und erzeugte neue. 

Die Anzahl der Fehler blieb über die Laufzeit konstant! 




Wichtige neue Konzepte: 

Multiprogrammierung 

Spooling 

Timesharing 




Multiprogrammierung 

Ziel: Bessere Auslastung der CPU 

Mehrere Jobs liegen im Speicher in eigenen durch 

Hardware geschützten Partitionen 

Muss ein Job pausieren, um eine Ein-/Ausgabe 

abzuwarten, kann das BS einem 

anderen Job die CPU 

zuteilen 




Spooling 

Die Job-Karten wurden wurden statt auf Bändern auf 

eine (schnelle) Platte geschrieben 

Wurde ein Job beendet, lud das BS einen neuen von 

Platte in eine freie Partition 

BS der 3. Generation waren im Kern Stapelverarbeitungssysteme 

mit entsprechend langen 

Antwortzeiten 




Timesharing 

Ist eine Variante der Multiprogrammierung 

Vorteil: Erlaubt kurze Antwortzeiten für viele Benutzer 

und Stapelverarbeitung im Hintergrund 

Verfahren: BS teilt jedem Job/Benutzer für kurze Zeit die 

CPU zu 

Erstes universelles System war CTSS (Compatible 

Timesharing System) vom M.I.T. 




MULTICS (Multiplexed Information and Computing System) 

wurde Nachfolger von CTSS. 

Projekt von M.I.T, Bell Labs und General Electric 

Vorbild war die Elektrizitätsversorgung 

Damalige verfügbare Hardware (Rechenleistung) wurde 

dem Anspruch, mit einer Maschine mehrere hundert 

Anwender zu bedienen 

Kommerziell kein großer Erfolg 

Lief in einigen Unternehmen bis in die 90ger Jahre 




Neue Rechnergeneration: Minicomputer (PDP-1 bis PDP- 

11) von DEC 

PDP-1Speicher nur 4096 Worte á 18 Bit 

Sehr preiswert – 5% des Preises einer IBM 7094 

Kommerziell sehr erfolgreich, neuer Markt wurde 

geschaffen 




UNIX 

Bell Labs und MULTICS Mitarbeiter Ken Thompson schrieb 

für eine PDP-7 ein Einbenutzer-bestriebssystem von 

MULTICS, also ein abgespecktes MULTICS 

Dies bildete die Grundlage für das spätere BS UNIX 

Freier Quellcode ! 

System V von AT&T und BSD Unix (Berkeley Software 

Distribution) 

Nach chaotischer, inkompatibler Entwicklung: POSIX als 

Standard für UNIX von IEEE (Institute of Electrical and 

Electronics Engineers) 

POSIX definiert einen Teil der Systemschnittstelle 




MINIX 

UNIX Klon für Ausbildungszwecke von Tanenbaum. 

Unter www.minix3.org ist der Quellcode frei erhältlich 

POSIX kompatibel 



Die vierte Generation (1981 – heute) 

Fortschritte der Halbleitertechnik → Zeitalter der 

Personalcomputer 

PC Betriebssysteme waren 

CP/M (Control Program for Mikrocomputers) von 

Digital Research 

MS-DOS 

16 Bit Systeme ohne grafische Benutzerschnittstelle 




Entwicklungsphasen bei PC und Homecomputer: 

BS war ursprünglich fest im ROM eingebaut und enthielt 

meistens BASIC, das als Kommando- und auch als 

Programmier-Sprache diente. (z.B: C64) 

BS benötigten mehr Speicherplatz und wurden von 

Platte/Disk nachgeladen („Bitte legen Sie die Systemdiskette in Laufwerk A“ ) oder 

auf einer Platte installiert. (CP/M, DOS, Linux oder Unix) 

DOS und CP/M bestanden aus mehreren Teilen: dem 

Kommandointerpreter (COMMAND.COM), sowie 

Zusatzprogrammen, die bestimmte Aufgaben 

übernahmen. COMMAND.COM enthielt nur rudimentäre 

Befehle (z.B. Starten von Programmen, Kopieren und Löschen von Dateien) 





In Verbindung mit Zusatzprogrammen war es möglich, 

Texte zu bearbeiten (EDIT), Disketten zu formatieren 

(FORMAT) und zu überprüfen (SCANDISK), oder 

gelöschte Dateien wiederherzustellen (UNDELETE). Um 

Peripherie und Computerkomponenten anzusprechen , 

wurden die nötigen Treiber in den Autostartdateien wie 

z.B. (bei DOS) CONFIG.SYS und AUTOEXEC.BAT 

eingebunden; bei vielen gleichzeitig vorhandenen 

Hardwarekomponenten eine schwierige Aufgabe. 





Grafische Benutzeroberflächen: GEM, MacOS, OS/2, 

Windows → Benutzerfreundlichkeit, weniger 

Expertenwissen notwendig. 

1985-1995: Windows war (nur) grafische 

Benutzerumgebung auf MS-DOS 

1995: Windows 95 benötigte DOS nur noch zum 

Hochfahren des Rechners (Booten) 

Windows 98 war auch noch ein 16 Bit System, lief aber 

in der Regel auf 32 Bit Prozessoren (ab 80386 von 198x) 





WINDOWS NT erstes 32 Bit BS-System von Microsoft 

Sollte MS-DOS und Windows 3.x und Windows 95 

ersetzten. Setze sich nicht durch 

Weitere Versionen bis zur Erweiterung auf 64 Bit 

NT 4.0 

Windows 98 

Windows ME 

Windows XP 

Windows Vista 

Windows 7 





Unix Familie 

Linux wurde die Alternative zu Windows auf Intel 

Pentium (IA32) Rechnern 

FreeBSD ist bekannter UNIX Ableger, läuft auf modernen 

Macintosh Rechnern 

Standard im Workstation-Bereich bei HP und SUN 

Benutzeroberflächen (GUIs) sind X11-basiert 

KDE, GNOME setzen auf X11 auf 

Solaris auf Basis von SunOs ist ein Unix-BS und 

kompatibel zu System V (siehe bei Wikipedia) 




Netzwerkbetriebssysteme 

Für Netzwerke mit Workstations und PCs benötigt man 

Netzwerkbetriebssysteme. 

Einloggen auf entfernten Maschinen und Zugriff auf 

entfernte Dateien möglich 

Auf jedem Rechner läuft ein lokales BS, das mit 

Kommunikationsfähigkeiten erweitert wurde. 

Die Struktur des BS bleibt gleich 

Die Hoheit über den Rechner hat das lokale BS 




Verteilte Betriebssysteme 

Benutzer sieht nur einen Rechner, der aus vielen Rechnern 

bestehen kann. 

Das BS organisiert und verbirgt dem Benutzer, auf 

welchem Rechner sein Programm läuft und wo seine 

Daten liegen 

Läuft eine Anwendung gleichzeitig auf mehreren 

Rechnern (Paralleles Rechnen), benötigt das BS 

zusätzliche Sychronisationsmechanismen 

Struktur des BS ändert sich, ein BS auf einem Rechner 

hat nicht mehr die Hoheit über das Gesamtsystem 




OpenVMS für Mini-Computer – und Workstation 

http://de.wikipedia.org/wiki/Virtual_Memory_System 


Computerhardware 

Das Betriebssystem als erweiterte Maschine, Resourcenverwalter 

und Schützer der Hardware muss die Hardware 

genau kennen. Deshalb ein prinzipieller Exkurs in die 

Hardware eines Computers 

Prozessoren 

Arbeitsspeicher 

Festplatten 

Magnetbänder 

Ein-/Ausgabegeräte 

Bussysteme 

Hochfahren des Computers 


Computerhardware 


Computerhardware - Prozessoren 

Der Prozessor, die Central Processing Unit (CPU) führt 

ein Programm aus, dessen Code und Daten im Speicher 

stehen. 

Eine CPU besteht in der Regel aus (mindestens) 

n Allzweckregistern zum Speichern von Variablen 

Programcounter (PC) 

Instructionregister (IR) 

Arithmetic and Logical Unit (ALU) 

Stackpointer (SP) 

Framepointer (FP) 

Program Status Word (PSW) 

Control Unit (CU) 



(CPU ist Thema bei Rechnerarchitektur und wird dort behandelt.siehe bei ) 

BS – CPU 

BS muss die Register kennen, weil es bei 

Prozessumschaltung (s. Multiprocessing, 

Timesharing) den Status (die Register) des zu 

suspendierenden Prozesses sichern muss. 

BS muss Programmausnahmen behandeln (z.B 

Programm beenden nach Division durch null) 

BS läuft im Kernelmode, privilegierten Mode der 

CPU und hat Zugriff auf komplette Hardware 



Multithreading fähige CPU: für BS erscheint das als 

mehrere CPUs 



Multicore-CPU: BS muss mit mehreren Kernen 

umgehen können ! 


Computerhardware - Speicher 

Speicher soll schnell, groß und billig sein 

Das erreicht man mit einer Speicherhierarchie: 



Register schnell wie CPU, relativ wenige 

(eins bei Akkumulator-Prozessoren, 2*128 bei 

Intel Itanium 

Gesteuert von Anwendungsprogramm-, BS und 

Cache 

Hardware 

●Wird von Hardware gesteuert 

●L1 im Prozessor (KB) statisches RAM 

●L2 auf dem Prozessorchip oder eigenem Chip 

(MB) 

●oftmals gibt es schon L3 Cache 

●Caching ist weitverbreitetes Konzept in der 

Informatik 

●Verschiedene Cacheorganisationen (direct 

maped … vollassoziativ) 

●Cache-Ersetzungsstrategien 


RAM 

Nichtflüchtige 

Speicher 


●Eigentlicher Arbeitsspeicher, dynamisches RAM 

(Random Access Memory) 

●Hieß früher Kernspeicher -Magnetkernspeicher 

●Entwicklung von einigen KB auf einige GB in 40 

Jahren. 

●Wird vom BS verwaltet 

ROM, PROM EPROM FLASH-EPROM 

BIOS früher im ROM, heute FLASH-EPROM 

FLASH-EPROM ist wie RAM, aber langsamer 

FLASH-EPROM ist schneller als Festplatte mit 

kürzerer Abnutzungszeit 



Festplatten Kapazität: früher Megabyte, heute Terabyte 

Faktor 100 pro Bit billiger als RAM, aber 1000 

mal langsamer, weil es ein mechanisches, 

rotierendes Gerät ist (bis 10000 mal pro Minute) 



Festplatten Einteilung in Spuren (tracks), Segmente und 

Zylinder 

Bewegung des Arms von einem Zylinders zum 

nächsten braucht etwa 1 ms 



Festplatten BS muss die Festplatte verwalten (Formatieren, 

Partitionieren, Listen über beschädigte Segmente 

führen, Fragmentierung von Dateien vermeiden , 

Defragmentieren 

BS kennt Verfahren, Festplattenzugriffe zu 

optimieren (Caching, Fragen des Dateisystems) 


Computerhardware - Ein-/Ausgabegeräte 

E/A-Geräte bestehen aus Controller und dem Gerät. 

Controller nehmen über spezielle Treiber Aufträge vom 

BS an (z.B. lese Sektor 10120) und wandelt die lineare 

Nummer in gerätespezifische Parameter um (Spur, 

Sektor, Zylinder) und führt die Aktion geordnet aus 

Controller ist eine spezialisierte CPU 

Applikation liest Datei 

Betriebssystem kennt Datei und ihren 

Aufbewahrungsort 

Gerätetreiber (Teil des BS) wandelt in 

controllergemäße Parameter 

Controller wandelt in gerätespezifische 

Parameter 

Gerät 



Treiber 

Jeder Controllertyp braucht seinen speziellen Treiber 

( z.B. IDE (integrated drive electronics ) Controller für IDE-Festplatten) 

Controllerhersteller liefert Treiber für Betriebssystem(e) 

Treiber müssen ins BS integriert werden. 

Drei Verfahren der Integration: 

1.Treiber wird in Kern eingebunden, Systemneustart 

(ältere Unix-Systeme) 

2.Treiber wird in einer Datei als notwendig eingetragen 

und nach Neustart geladen (Windows) 

3.Neuer Treiber wird zur Laufzeit geladen und zur 

Verfügung gestellt (Hot-Plug-fähige Geräte über 

USB) 



Zugriff auf Controller 

Zwei Varianten: 

1. Jedes Controllerregister ist über einen Port (eine 

Portadresse) mittels IN und OUT-Befehlen ansprechbar. 

IN und OUT sind nur im Kernmodus verfügbar, 

Geräteschutz ist damit gewährleistet 

2. Controllerregister werden in den Adressraum des BS 

eingeblendet (memory mapped devices), benötigen 

keine speziellen IN/OUT Befehle. 

Treiber in Hochsprache möglich 

Geräteschutz: Applikation hat keinen Zugriff auf 

Adressraum des Betriebssystems 



Methoden der Ein-/Ausgabe 

Synchrones IO 

durch Aktives 

Warten 

Asynchrones 

IO durch 

Interruptsteuerung 

1.Applikation führt Systemaufruf aus und springt in den Kern 

2.Betriebssystem ruft Treiber auf 

3.Gerätetreiber programmiert den Controller und fragt solange den 

Controller immer wieder ab, bis dieser Vollzug meldet (steht in 

einem Register des Controllers) 

4.BS übergibt an Applikation 

1. Wie oben 

2. Wie oben 

3.Gerätetreiber programmiert den Controller 

4.Controller führt Aktion aus 

5.Controller signalisiert Vollzug einem Interrupt-Controller 

6.Interrupt-Controller signalisiert der CPU, dass Daten vorliegen 

7.Interrupt-C. teilt CPU mit, von welchem Gerät die Daten kommen 

8.CPU rettet Befehlszähler und Programm-Status-Wort und schaltet in 

Kernmodus 

9. Der Interrupt-Handler für das entsprechende Gerät wird gestartet 

10. Rückkehr ins Beutzerprogramm 



Methoden der Ein-/Ausgabe 

DMA 

Direct Memory 

Access 

Spezieller auf Ein-/Ausgabe optimierter Chip, der Datenfluss zwischen 

Speicher und Controller ohne die CPU organisiert 

CPU gibt Auftrag an DMA-Controller, wieviele Byte von A nach B in 

welcher Richtung zu übertragen sind 

● Schneller als über die CPU 

● CPU kann entweder warten oder etwas anderes ausführen 

Nach Abschluss wird ebenfalls ein Interrupt erzeugt und das 

Betriebssystem kann das wartende Programm wieder aktivieren 



Interrupt während Interruptausführung 

Wird ein Interrupt bearbeitet, werden andere 

Interrupts blockiert 

Interruptauslöser senden solange ihr Interruptsignal, 

bis die Blockierung aufgehoben ist 

Interrupts-Priörität legt fest, welcher als nächstes 

ausgeführt wird 


Computerhardware -Ein-/ Ausgabegeräte 


Computerhardware - Bussysteme 

Historisch typisches Bussystem 

Reicht für heutige Anforderungen nicht aus wegen 

Steigender Zahl von Peripherigeräten 

Unterschiedlicher Arbeitsgeschwindigkeit der 

Komponenten z.B: 

● Sehr schnelle Verbindung zum Speicher und 

Grafikkarte notwendig 

● Langsame Verbindung zur Tastatur reicht aus 





ISA (IBM-PC/AT) 16 Bit parallel 8.3 MHz 16.67 MB/s 

PCI 

Nachfolger ISA 

PCI-Express 64 Bit parallel 

USB für langsame 

IO-Geräte 

Tastatur, Maus...) 

IDE für 

Festplatten, CD- 

ROM 

64 Bit parallel 60 MHz 528 MB/s 

bitseriell Anschluss zur 

Laufzeit des 

Rechners möglich 

1.5 MB/s USB 1 

60 MB /s USB 2 

300 MB/s USB 3 

SCSI 8 /16 Bit parallel 300 MB/s 

FireWire bitseriell 100 MB/s 

BS muss wissen, welche Peripheriegeräte angeschlossen sind 

und muss diese konfigurieren. Heute mit Plug und Play (zuerst 

bei MacIntosh) – früher feste Interruptnummern und Adressen 


Die Betriebssystemfamilie 

Betriebssysteme für 

Großrechner 

Server 

Multiprozessorsysteme 


Handheld-Computer 

Eingebettete Systeme 

Echtzeitsysteme 


Betriebssystemfamilie- Großrechner 

Großrechner werden z.B als WebServer, als Server im 

Bereich E-Commerce (Banken, Versicherungen...) 

eingesetzt 

Hohe I/O-Leistung mit mehr als 1000 Festplatten und 

vielen Terabyte Daten 

Kombination von Batch-, Dialog- und Timesharingsystem 

Immer noch aktuell: IBM OS390, Tendenz nach Linux 


Betriebssystemfamilie 

Server 

Hardware: Workstations, PCs, auch Großrechner 

Webdienste, Internetanbieter setzen viele Server ein 

Typische Bertiebssysteme: 

Solrais, 

FreeBSD, 

Linux , 

Windows Server 200x 



Multiprozessorsysteme 

Multicomputer, Multiprozessorsysteme, Parallelcomputer 

Sind oft erweiterte Server Betriebssysteme – erweitert 

um 

Kommunikation 

Anschlussfähikeit 

Konsistenz 

Multicoreprozessoren in PCs benötigen heutzutage 

Eigenschaften eines Multiprozessor-Betriebssystems. 

Windows und Linux sind bereits Multiprozessorfähig 




Moderne PC Betriebssysteme unterstützen 

Multiprogrammierung mittels Timesharing, aber: 

ausgelegt auf optimale Unterstützung eines Benutzers 

also: Multitasking, aber nicht Multiusersyteme 



Handheld-Computer 

PDA (Personal Digital Assistent) 

Westentaschencomputer 

PDA und Mobiltelefon sind intern mittlerweile sehr 

ähnlich 

Enthalten mittlerweile einen 32 Bit Prozessor 

Vertreter: 

Palm OS 

Symbian OS 

Unterschied zu PC: keine mechanische Festplatte 



Eingebettete Systeme 

Eingebettete Systeme steuern andere Geräte. Z.B: 

Mikrowelle 

Fernsehgeräte 

Autos 

DVD-Recorder 

MP3-Player 

Gesamte Software steht im ROM 

Schutzmechanismen zwischen Applikationen sind nicht 

nötig 

Typische Vertreter: QnX, VxWorks 



Echtzeitsysteme 

Typischer Einsatz: Prozesssteuerung, aber auch 

Multimediaanwendungen haben Echtzeit-Anforderungen 

Zeit ist wichtiger Parameter der Resourcenvergabe 

(Deadline) 

Hartes Echtzeitsystem (hard-realtime-system). Bietet 

absolute Garantie, dass Aktionen in definierter Zeit 

ausgeführt werden (Prozesssteuerung) 

Weiches Echtzeitsystem (soft-realtime-system) Eine 

verpasste Deadline ist nicht erwünscht, aber tolerabel 

(Multimediaanwendungen). 

Harte Echtzeitsysteme sind oft nur eine Bibliothek, die 

an die Applikation angebunden ist ohne Schutz zwischen 

den Systemteilen 


Betriebssystemkonzepte 

Prozesse 

Adressräume 

Dateien 

Ein-/Ausgabe 

Datenschutz und Datensicherheit 

Die Shell 

Ontogenese rekapituliert die Phylogenese 


Betriebssystemkonzepte - Prozesse 

Prozesse sind die Abstraktion des Prozessors, denn für 

jeden Prozess scheint es einen Prozessor zu geben 

Ein Prozess 

ist das Schlüsselkonzept von Betriebssystemen 

ist ein Programm in Ausführung (mit vielen 

Einschränkungen) 

Bekommt einen einen Adressraum zugeordnet, nicht 

einfach Speicher. Der Adressraum enthält 

das ausführbare Programm 

die Programmdaten 

den Stack 



Ein Prozess 

bekommt Ressourcen zugeordnet wie 

Register 

Programcounter 

Programstatusword 

Stackpointer 

Liste von geöffneten Dateien 

und vieles mehr 



Bei Multiuser-Systemen gibt 

es mindestens soviel 

Prozesse wie angemeldete 

Benutzer 

Auch beim PC als Single 

User System befinden sich 

viele Prozesse (s. Taskliste)in 

der Ausführung 

Die Prozessliste zeigt noch 

zusätzliche Prozesse des 

Betriebssystems 



Bei Einprozessormaschinen (das war bis vor kurzem die Regel, das 

Prozesskonzept ist aber Jahrzente alt) kann zu einem Zeitpunkt nur 

ein Prozess den Prozessor benutzen 

Ein Prozess muss vom BS die CPU zugeteilt und später 

wieder abgenommen bekommen 

Diese Verwaltung der Ressource CPU zwischen den 

Prozessen ist eine aufwendige und damit CPUbelastende 

Aufgabe des Betriebssystems (Context- 

Switch) 



Systemaufrufe zur Prozessverwaltung 

Prozess erzeugen 

.... 

Prozess beenden 

Typisches Beispiel unter Linux: 

1. Ein Prozess - Shell (Kommandozeileninterpreter) – liest 

Kommandos vom Terminal ein. Benutzer gibt das 

Kommando „Kompiliere Datei xx“. 

2. Die Shell startet einen neuen Prozess, der den Compiler 

ausführt 

3. Am Ende des Kompilierens beendet sich der Prozess 



Prozessbaum 

Jeder Prozess kann einen 

weiteren Prozess - einen 

Kindprozess – erzeugen 

Arbeiten diese Prozesse 

gemeinsam an einer Aufgabe, 

müssen sie sich synchronisieren(Interprozesskommunikation) 

BS muss Bibliothek für 

Kommunikation anbieten 



Systemaufrufe zur Prozessverwaltung: 

Anforderung von zusätzlichem Speicher 

Freigabe von nicht mehr benötigtem Speicher 

Warten auf das Ende eines Kindprozesses 

Signalerzeugung und Behandlung

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