Betriebssysteme an der Duale Hochschule Baden-Württemberg

- Software, die zusammen mit Hardwareeigenschaften die Basis zum Betrieb eines Computers
bildet
- Abarbeitung von Programmen steuert und überwacht -> macht Benutzung eines Computers
möglich
- Unerlässliches Handwerkzeug der Informatik
- Verständnis von Betriebssystemen hilft Systemverhalten erklären zu können und Eigenschaften
von Fehlern auseinander zu halten
- BS müssen immer im Anwendungskontext beurteilt werden

- Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender (Abstraktion)
- Bereitstellen einer Benutzerschnittstelle (Kommandointerpreter, Shell)
- Bereitstellen einer normierten Programmierschnittstelle (API), ggf. auch Compiler, Linker, Editor
- Verwaltung der Ressourcen der Maschine
- Verfolgung von Schutzstrategien bei dieser Ressourcenbereitstellung

- 1. Computergeneration (1945-1955)
- Besaß kein BS
- Direkte Programmierung (Steckbrett, Lochstreifen, Lochkarte)
- Keine Programmiersprachen
- 2. Computergeneration (1955-1965)
- Stapelverarbeitung -> Auftrag in geschlossener Form, bestehend aus Programm, Daten und
Steueranweisungen
- Batch-Betrieb (Lochkarten)
- Job-Control-Sprachen
- Programmiersprachen (Assembler, Fortran)
- Magnetbänder als Zwischenspeicher
- 3. Computergeneration (1965-1980)
- Dialogverarbeitung -> Kommunikation mit Computer über Tastatur und Bildschirm
- Multiprogramming
- Hauptspeicheraufteilung
- Zeitliche Verschachtelung
- Spooling -> direktes Speichern von Rechenaufträgen auf der Platte, Selbstbedienung des BS
- 4. Computergeneration (ab 1975)
- Dialogsystem wie wir es heute kennen
- Multitasking
- Personal Computer
- Netzwerkbetriebssysteme
- Verteilte Betriebssysteme

- Batch processing
- Interactive processing, dialog processing
- Network processing
- Realtime processing
- Universelle Betriebssysteme

- Einzelprogrammbetrieb (singletasking)
- Mehrere Programme werden nacheinander ausgeführt
- Mehrprogrammbetrieb (multitasking)
- Mehrere Programme werden gleichzeitig (mehrere CPUs) oder zeitlich verschachtelt (quasi-
parallel) bearbeitet

- Einzelnutzerbetrieb (Windows)
- Der Computer steht nur einem Benutzer zur Verfügung
- Mehrbenutzerbetrieb (Unix)
- Mehrere Benutzer teilen sich die Computerleistung, sie sind über Terminals oder
Netzwerkverbindungen mit dem Computer verbunden

Es geht darum wie viele Universalprozessoren für die Verarbeitung der Daten zur Verfügung
stehen
- Ein-Prozessor-Betriebssystem
- Von-Neumann-Architektur (meisten BS unterstützen nur einen Prozessor)
- Mehr-Prozessor-Betriebssystem (2 Herangehensweisen)
- Jedem Prozessor wird eine eigene Aufgabe zugeteilt
- Koordinierungsprobleme
- Jede Aufgabe kann prinzipiell jedem Prozessor zugeteilt werden
- Die Verteilung der Aufgaben zu den Prozessoren ist nicht an die Bedingung gebunden
- Quasi-parallele Bearbeitung
- Mehrere vernetzte Computer (COW-Cluster of Workstation)
- Rechnerverbund bezeichnet eine Anzahl von vernetzten Computern
- Erhöhung der Rechenkapazität -> HPC-Cluster
- Erhöhung der Verfügbarkeit -> HPA-Cluster
- Serverfarm (Virtualisierung)

- In der Informatik: Der Vorgang einer algorithmisch ablaufenden Informationsverarbeitung
- In BS: Ein Vorgang, der durch ein Programm (Scheduler) kontrolliert wird, welches zur
Ausführung einen Prozessor benötigt
- Zum Prozess gehört das Programm samt Daten und der Prozesskontext

- Die Lösung einer Programmieraufgabe (=Algorithmus)
- Teillösungen = Prozeduren (Unterprogramme, welche nach Beendigung der Arbeit zum
übergeordneten Programm zurückkehren)
- Codierung durch verschiedene Programmiersprachen
- Ein Programm besteht aus:
- Befehlen (Codebereich, Textbereich)
- Programmdaten (Datenbereich)

- Eine Instanz (Prozessumgebung) umfasst das Tupel:
- C: Codesegment -> problemorientiert
- D: Datensegment -> problemorientiert
- S: Stacksegment -> system-/ problemorientiert
- I: Statusinformationen -> systemorientiert

- Nicht existent: Prozess liegt auf der Festplatte und ist System nicht bekannt
- Nicht aktiv: Der Prozess wird mit seiner Umgebung im System angelegt und bekannt gemacht
- Bereit: Prozess konkurriert mit anderen Prozessen um CPU Zeit
- Aktiv: Prozess wird von der CPU bearbeitet
- Blockiert: Prozess wartet auf Eintreten eines Ereignisses, ist ein Prozess aktiv, sind alle anderen
bereit oder blockiert
- Für bereite und blockierte Prozesse: Warteliste
- Neu gestartetes Programm wird am Ende der Bereit-Liste eingetragen
- Scheduler teilt den Prozessoren die CPU zu, wird regelmäßig aufgerufen -> ein guter Scheduler
kann eine schlechte Hardware verbessern/ kompensieren

- Aktivitätsträger oder leichtgewichtiger Prozess bezeichnet einen Ausführungsstrang oder
Ausführungsreihenfolge in der Abarbeitung eines Programms
- Thread ist eine Teil eines Prozesses (Unterteilung in mehrere Teilprozesse)
- Threads sind nicht voneinander abgeschottet und können durch race conditions Fehler
verursachen
- Machen Prozesswechsel schnell und effizient
- Zwei Arten von Threads:
- Kernelthreads (im engeren Sinne): laufen als Teil des BS und dessen Kontrolle ab
- Erzeugung und Wechsel sind effizienter
- Wenn Thread blockiert, kann CPU ohne Aufwand einem anderen Thread desselben
Prozesses zugeteilt werden
- Geeignet für Multiprozessorsystem
- Nachteil: Thread-Wechsel innerhalb des selben Prozesses erfordert mehr Zeit
- User Thread: werden mittels Thread Libraries realisiert
- (fast) kein Overhead: schneller Wechsel zwischen Threads
- Optimale Nutzung des Adressraums und anderer Ressourcen (cooperative multitasking)
- Implementierung unabhängig vom OS-Kern
- Nachteile: Blockieren gesamten zugehörigen Prozess + keine Parallelisierung für
Multiprozessorsystem möglich
- Teilprozesse (Threads) haben kein eigenes Text- und Datensegment, haben jedoch je einen
separaten Kellerspeicher (process stack) und CPU Register
- Vorteile:
- Threads haben den selben Adressraum und erzeugen keinen Overhead bei Thread Wechsel
(schneller/ eleganter)