Grundlagen Betriebssysteme at TU München

Ein Rechensystem R ist ein offenes System sagt zweierlei aus:
• R ist als System eine durch Zusammenfassung gebildete, abgegrenzte Einheit,
wo zwischen innen (R) und außen (U(R)) unterschieden wird. Innen ist das,
was zu R gehört, und außen ist das, was nicht zu R und damit zur Umgebung
U(R) gehört.
• R hat eine (offene) Schnittstelle, mit der Einwirkungen von U(R) auf R und
Einwirkungen von R auf U(R) möglich sind.

Es existieren verschiedene Sichten auf das Rechensystems R

– Außensicht vs. Innensicht. Die Außensicht, die von außen die Eigenschaften

der R-U(R) Schnittstelle zeigt, und die Innensicht, welche die inneren

Eigenschaften von R präsentiert.

– Black-box Sicht vs. White-box Sicht. 1

Das System ist ein schwarzer Kasten (black box): Das System wird als

einzelner Gegenstand aufgefasst. Das System ist ein weißer Kasten (white

box oder auch glass box): Für das Verständnis des Systems ist dessen

Zusammensetzung aus Komponenten wichtig.

Ein Rechensystem erhält seine Fähigkeiten
zu selbsttätigen Veränderungen seiner Eigenschaften mit entsprechenden Kompo-
nenten; demnach sind für R aktive und passive Komponenten zu unterscheiden:
Mit seinen aktiven Komponenten (z.B. CPU) führt R Aktionen aus, die Verän-
derungen der Eigenschaften von R bewirken; die passiven Komponenten (z.B.
Arbeitsspeicher) sind Hilfsmittel für diese Aktionen.

Das Betriebssystem wird gebildet durch die Programme eines digitalen
Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der Rechenanlage die
Grundlage der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden
und insbesondere die Ausführung von Programmen steuern und überwachen.

Vereinfachung und Bereitstellung von abstrakten Konzepten und gemeinsamen Schnittstellen (dateien)

Steuern und Kontrollieren der Programmausführung 

zb Kontrolle der CPU Nutzung 

strategische(priorisierung) & operative Entscheidungen 

• Stapelverarbeitung (batch processing): Komplette Definition des Programms vor Start, keine
Nutzer-Interaktion
• Dialogbetrieb (time sharing): Interaktion mit Nutzer die (G)UIs erfordert
• Transaktionsbetrieb (transaction system): ACID-Kriterien (Atomarität, Konsistenz, Isolation,
Dauerhaftigkeit)
• Echtzeitbetrieb (real time system): hard deandlines vs. soft deadlines

- Ressourcen (Betriebsmittel) und ihre Klassifikation

- Prozess als Abstraktion des Prozessors 

- Datei als Abstraktion des Speichers 

- Betriebssystem modi

- Systemaufrufe als Schnittstelle zwischen Anwendungsprogramm und Betriebssystem

• Anzahl der Nutzungen
• Parallelität (uneingeschränkt, Exklusivität, beschränkt parallel)
• Dauerhaftigkeit (Unterbrechbar/Ununterbrechbar)
• Zentrale Ressourcen (Prozessoren, Arbeitsspeicher)
• Periphere Ressourcen (Kommunikations- und Speichereinheiten

• Everything is a file (Dateien und Verzeichnisse, Ein-/Ausgabegeräte, Pipes, Systemzustand
• Gemeinsame Abstraktion durch das Betriebssystem
• Können in Verzeichnissen gruppiert werden → Systemaufrufe zur Erzeugung und
Verschiebung
• Datei kann über Pfadnamen angesprochen werden
• Dateisysteme können über mount-Systemaufruf in Verzeichishierarchie des Computers
aufgenommen werden
• Jede Datei besitzt in Unix eindeutige Nummer zur Identifikation → I-Nummer → Index in
Tabelle mit I-Nodes
• Über Link kann neuer Verzeichniseintrag mit bereits bestehender I-Nummer erzeugt
werden

• Betriebssystem soll vor Programmierfehlern und Angriffen geschützt werden
• Unterschiedliche Berechtigungen durch Arbeitsmodi
• Benutzermodus
• Zugriff auf Hardware nur über Betriebssystem
• Keine Ein-/Ausgabe
• Kein oder nur lesender Zugriff auf Systemcode oder Daten
• Zugriff nur auf virtuelle Adressen
• Systemmodus
• Privilegierter Modus → alle ausführbaren Maschinenbefehle z.B. Hardware
Zugriff

• Exklusiver Zugriff auf Systemcode und Daten

• BS mit umfangreicher Menge von Funktionen die in BS-Kern zusammengefasst sind
• BS wird als großes Programm ausgeführt
• Konsequenzen
• Sehr flexibel (Prozeduren können sich gegenseitig Aufrufen)
• Unübersichtlich, keine Struktur, Wartung problematisch
• Wenig resilient
• Eigenschaften
• Betriebssystem vollständig im Kernmodus
• Hohe Ablaufpriorität des BS-Kerns
• Kern permanent im Arbeitsspeicher
• Varianten:
• Modularität: Laden von neuen Modulen, die Funktionalität erweitern
• Portierbarkeit: Übertragung von Software auf andere Hardware
• Geschichtete Systeme (Layers)