1 Einleitung. 1.1 Aufgaben und Grobstruktur. Was ist ein Betriebssystem?

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1 1 Einleitung 1.1 Aufgaben und Grobstruktur Was ist ein Betriebssystem? Betriebssystem (Definition nach DIN 44300) 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. Aufgaben Anpassung der Maschinenwelt an die Benutzerbedürfnisse Schaffung der Grundlagen für ein geregeltes Nebeneinander Verwaltung von Daten und Programmen Effiziente Ausnutzung der Betriebsmittel Unterstützung bei Fehlern und Ausfällen 1-1

2 Grobstruktur eines Betriebssystems Betriebssystem: Bedienung und Kontrolle Anwendung Anwendung Anwendung Betriebssystem: Verwaltung und Betrieb Hardware 1-2

3 Systemarchitektur Komplexe Systeme (in allen Bereichen) setzen sich aus einzelnen Komponenten unterschiedlichen Typs zusammen. Für den erfolgreichen Entwurf eines komplexen Systems ist daher die Kenntnis der diversen Varianten der Komponenten und ihrer Wechselwirkungen von Bedeutung. Beispiele Hausbau ( Jahre Erfahrung) Wände Säulen Dächer Decken Treppen Türen Fenster Material Form Tragfähigkeit 1-3

4 Elektrotechnik (ca. 100 Jahre Erfahrung) Widerstand Spule Kondensator Dioden Röhren Transistoren Betriebssysteme (ca. 40 Jahre Erfahrung) Prozesse Signale Adreßräume Kanäle Unterbrechungen Treiber Dateien Kapazität Synchronisation Übergabeart 1-4

5 1.2 Historischer Abriss Die Fünfziger (Erste Anfänge) Ein Programm wird von einem Prozessor abgearbeitet Stapel-Verarbeitung (Batch-Betrieb) Die Betriebssystemfunktion beschränkt sich auf Unterstützung bei der Ein-/Ausgabe Umwandlung von Zahl- und Zeichendarstellungen Die Sechziger (Virtualisierung) Verhältnis von CPU- und E/A-Rate wird eklatant BS unterstützen die verzahnte Ausführung unabhängiger Programme (Multiprogramming) Echte Parallelität durch Aufkommen von E/A-Prozessoren Der Begriff des Prozesses als virtueller Prozessor wird geboren Auch der Speicher wird virtualisiert (virtueller Speicher) Der Prozess wird auch internes Strukturierungsmittel für BS Interaktiver Betrieb durch mehrere Benutzer (Timesharing) Prototypen bzw. Vorläufer heutiger Großrechner-BS entstehen (OS/360, CTSS/Multics, CP67, VMOS/BS2000) 1-5

6 Die Siebziger (Software Engineering) Beginnende Software-Krise: BS werden groß, komplex und fehlerbehaftet Unix entsteht nach dem Prinzip simple is beautiful auf einfacher Hardware (PDP-11) Die Forderung nach strukturiertem Systementwurf, nach Wartbarkeit, Zuverlässigkeit, Schutz und Sicherheit kommt auf Einsatz höherer Programmiersprachen für BS-Implementierung Prozess wird zur Schutzumgebung (Kontext, domain) mit eigenem, abgeschottetem Adressraum und Rechten (capabilities) Forderung nach Unterstützung von modularer Programmierung, abstrakten Datentypen und Objektorientierung Anwendung dieser Prinzipien auf das Betriebssystem selbst 1-6

7 Die Achtziger (Verteilte Systeme) Aufkommen von Arbeitsplatzrechnern und PCs Leistungsfähiges Kommunikationsmedium: Ethernet Vernetzte Systeme Zur effizienten Implementierung von Kommunikationssoftware für verteilte Systeme braucht man Prozesse Prozesse sind mittlerweile komplexe Gebilde: Ein Umschalten kostet mehrere Tausend Maschinenbefehle Man trennt Adressraum und Prozess wieder und erlaubt mehrere Prozesse im selben Adressraum (lightweight process, thread) Parallelitätskonzepte werden in Programmiersprachen aufgenommen. Verteiltes (paralleles) Rechnen auf Netzen von Arbeitsplatzrechnern Unix hat im Arbeitsplatzrechner ein ideales Vehikel zur Verbreitung und wird zum Quasi-Standard Notwendigkeit der Integration schafft Standardisierungsdruck (OSI, TCP/IP, NFS, POSIX, OSF, X/OPEN, OMG, ODP) BS überwinden Rechnergrenzen: Von der Rechnerkommunikation zum Verbundsystem (Verteiltes System) 1-7

8 Neunziger Jahre (Hochparallele Systeme, Multimedia, Interoperabilität) Infolge hoher Stückzahlen werden einfache Mikroprozessoren relativ billig. Zusammenschaltung tausender Mikroprozessoren bringt (rechnerisch) höhere Leistung bei geringerem Preis als Supercomputer (z.b. Cray) Neue BS-Funktionen zur Unterstützung der Parallelverarbeitung Multimedia-Anwendungen erfordern Unterstützung von Audio- und Videodaten (Realzeit-Fähigkeiten) Software in eingebetteten Systemen benötigt BS-Unterstützung Verteilte Systeme auch in heterogenen Umgebungen (DCE, Corba) Emulation anderer BS-Schnittstellen (d.h. mehrere BS-Welten auf demselben Rechner) 1-8

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