Betriebssysteme at Bergische Universität Wuppertal

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Was sind die Aufgaben eines Betriebssystems?

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Welche Arten von Betriebssystemen gibt es?

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Geben Sie Vor- und Nachteile der verschiedenen Arten von Betriebssystemen an?

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Ordnen Sie den Komponenten die Schicht zu (innere, mittlere, äußere).

- Bildverarbeitungsprogramm

- C-Standard-Bibliothek 

- Treiber für USB-Hostcontroller 

- Das Programm "ls" 

- Scheduler 

- Webbrowser 

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Erläutern Sie, was bei einem Aufruf der Funktion Speichern, z.B. im Editor Kate durch Klicken des entsprechenden Buttons, passiert. 

Nehmen Sie (gerechtfertigterweise) an, dass im Zuge des Vorgangs direkt oder indirekt ein Aufruf von ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbytes); stattfindet. Die damit einhergehenden Modifikationen das Stacks sind hier nicht von Interesse.
Gehen Sie bei Ihrer Erklärung insbesondere auf die Begriffe Systemruf, kernel mode und user mode ein.

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Welche Kernelvarianten kennen Sie?

Beschreiben Sie jeweils welche Komponenten und welche Aufgaben er ausführt.

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Wozu werden Betriebssysteme benötigt?
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Was ist der Unterschied zwischen Singletasking und Multitasking?

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Was ist Overhead?

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Warum Multitasking?

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Was sind 16Bit, 20Bit, 32Bit, 64Bit Betriebssysteme?
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Was sind Echtzeitbetriebssysteme?

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Betriebssysteme

Was sind die Aufgaben eines Betriebssystems?

- Verbindung zwischen Benutzer und Hardware

- Hardwareabstraktion

- Benutzeroberfläche

- Compiler

- Benutzerverwaltung

- Schutz & Sicherheit

      - von Daten

      - Speicherschutz & Betriebsstabilität

- Ressourcenverwaltung

       - Prozessverwaltung

             --> Koordination paralleler Abläufe

             --> Scheduling

       - Speicherverwaltung (RAM)

       - Datenverwaltung (Festplatten, SSDs)

            --> Dateisysteme

       - Geräteverwaltung (Peripherie)

- Protokollierung

Betriebssysteme

Welche Arten von Betriebssystemen gibt es?

- Echtzeit

- Mehrbenutzer / Einzelbenutzer

- Mehrporgramm / Einzelprogramm

(- Grafisch)

- Verteilte Systeme


Nach Anwendung:

- Desktop

- Integrierte Systeme

- Server

- etc.


Betriebssysteme

Geben Sie Vor- und Nachteile der verschiedenen Arten von Betriebssystemen an?

Echtzeitsysteme:

(zeitschranken gelten nur für bestimmte Prozesse, nicht für alle)

+ Einhaltung von Zeitvorgaben

+ Reaktionszeit

+ hart / weich (weich = mehr Spielraum)


Mehrbenutzer

+ mehrere Benutzer, auch gleichzeitig

+ Ressourcenteilung

+ Datenschutz, Accountschutz (Passwort)

- Verwaltungsaufwand (ineffizient)


Mehrprogramm

+ mehrere Programme quasi-gleichzeitig

+ Minimierung von Wartezeiten (scheduling)

+ Speicherschutz, Ressourcentrennung

+ Koordinierung

- Verwaltungsaufwand


Grafisch

- grafische Oberfläche

- benutzerfreundlich

- Eingabegeräte


Verteilte Systeme

- Mehrere "Knoten"

- Einzelrechner nicht "sichtbar"

- Wirkt wie ein großer Rechner

-- Overhead

+ Parallelität, mehr Ressourcen (echte Gleichzeitigkeit), Performance


Betriebssysteme

Ordnen Sie den Komponenten die Schicht zu (innere, mittlere, äußere).

- Bildverarbeitungsprogramm

- C-Standard-Bibliothek 

- Treiber für USB-Hostcontroller 

- Das Programm "ls" 

- Scheduler 

- Webbrowser 

Bildverarbeitung = Äußere Schicht

C-Standard-Bibliothek = Mittlere Schicht

Treiber für USB-Hostcontroller = Innere Schicht

Programm ls = Äußere Schicht (mittlere Schicht?)

Scheduler = Innere Schicht 

Webbrowser = Äußere Schicht



Betriebssysteme

Erläutern Sie, was bei einem Aufruf der Funktion Speichern, z.B. im Editor Kate durch Klicken des entsprechenden Buttons, passiert. 

Nehmen Sie (gerechtfertigterweise) an, dass im Zuge des Vorgangs direkt oder indirekt ein Aufruf von ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbytes); stattfindet. Die damit einhergehenden Modifikationen das Stacks sind hier nicht von Interesse.
Gehen Sie bei Ihrer Erklärung insbesondere auf die Begriffe Systemruf, kernel mode und user mode ein.

### user mode ###

- Benutzer klickt "Speichern"-Button

(ignoriere alle Hardware-Interrupts für Mausbewegungen und Klick)

- Das Klick-Event führt letztendlich zur Ausführung des entsprechenden Event-Handlers im Benutzerprozess

_______________________________________________________________________________________

- Benutzerprozess ruft eine Bib-Fkn wirte() auf

- Bib-Fkn legt Systemaufruf-ID (in EAX) und Parameter in Register

- Rufe (Software-)Interrupt 0x80 (--> Systemaufruf)

- Benutzerprozessausführung wird unterbrochen


### kernel mode ###

- Lookup im IVT/IDT (CPU-feature)

- Ausfürhung eines Interrupthandlers für 0x80 (CPU-feature)

- Asuwertung EAX und lookup im SCT (ab hier Kernel)

- Aufruf der entspr. Kernel-Routine mit Parametern aus den Registern

- Arbeit ausführen ... Schreiben der Datei auf die Festplatte

- Kernel gibt Kontrolle an Bib-Fkn zurück


### user mode ###

- Bib-Fkn gibt die Kontrolle an den Benutzerprozess zurück


Betriebssysteme

Welche Kernelvarianten kennen Sie?

Beschreiben Sie jeweils welche Komponenten und welche Aufgaben er ausführt.

- Mikrokernel

~ Scheduling / Prozessverwaltung

~ Virtual Memory / Speicherverwaltung

~ Grundlegende Prozesskommunikation

+ Stabilität durch Einfachheit

+ Komponenten austauschbar

+ Stabilität/Sicherheit da weniger Komponenten im Kernelmodus

-- Viele Prozesswechsel --> langsamer

-- Neu (!) Entwicklung ebenfalls komplex, weiterewnticklung nicht so sehr


- Monolithisch

~ Scheduling / Prozessverwaltung

~ Virtual Memory / Speicherverwaltung

~ Grundlegende Prozesskommunikation

~ Treiber

~ Dateisysteme

+ wenige Prozesswechsel  --> höhere Geschwinidgkeit

+ In der Theorie weniger stabil, aber "gewachsene" Stabilität

-- ggf. weniger sicher, da mehr Komponenten im Kernelmodus

-- Instabile Kernelteile reißen u.U. das ganze System mit

-- Hoher Eintwicklungsaufwand, Teile nicht austauschbar





- Hybrid

~ Scheduling / Prozessverwaltung

~ Virtual Memory / Speicherverwaltung

~ Prozesskommunikation

~ Treiber (?)

+/-- schneller als Mikrokernel, langsamer als monolithischer Kernel

+/-- theoretisch stabiler als monolithische und weniger stabil als Mikrokernel

Betriebssysteme

Wozu werden Betriebssysteme benötigt?
1. Bereitstellen von Diensten und dafür notwendigen Abstraktionen (z.B. Prozess, Datei, Gerätetreiber...)
2. Ressourcenverwaltung inklusive Protokollierung
3. Koordinierung paralleler Abläufe
4. Basis für Schutz und Sicherheit 

Betriebssysteme

Was ist der Unterschied zwischen Singletasking und Multitasking?
Singletasking
- zu jedem Zeitpunkt läuft nur ein einziges Programm
- mehrere gestartete Programme werden nacheinander ausgeführt 

Multitasking 
- mehrere Programme können gleichzeitig (bei mehreren CPUs/Kernen) oder zeitlich verschachtelt (quasi parallel) ausgeführt werden 

Betriebssysteme

Was ist Overhead?
Verwaltungsaufwand

Betriebssysteme

Warum Multitasking?
- Prozesse werden in kurzen Abständen abwechselnd aktiviert, dadurch Eindruck der Gleichzeitigkeit 
--> Prozesse müssen häufig auf äußere Ereignisse wie Benutzereingaben warten 
--> Verwaltungsaufwand (Overhead) durch Prozesswechsel (ist im Vergleich zum Zuwachs an Geschwindigkeit und Nutzbarkeit aber zu vernachlässigen)

Betriebssysteme

Was sind 16Bit, 20Bit, 32Bit, 64Bit Betriebssysteme?
Bit-Zahl gibt dir Länge der Speicheradresse an, mit denen das BS intern arbeitet.
Man kann nur so viele Speichereinheiten ansprechen, wie der Adressraum zulässt (Adressraum hängt auch vom Adressbus ab)

16Bit BS = 2^16 Speichereinheiten adressieren 
20Bit BS = 2^20 Speichereinheiten adressieren 

Betriebssysteme

Was sind Echtzeitbetriebssysteme?
Multitasking Betriebssysteme mit zusätzlichen Funktionen zur Einhaltung von Zeitschranken 

Wesentliche Kriterien:
- Reaktionszeit 
- einhalten von Deadlines 

Unterschiedliche Prioritäten werden berücksichtigt, damit wichtige Prozesse innerhalb gewisser Zeitschranken ausgeführt werden.

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