Architektur von Betriebssystemen

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1 Horst Wettstein Architektur von Betriebssystemen 3., stark bearbeitete Auflage mit 220 Bildern Bk I HANSER I Carl Hanser Verlag München Wien

2 Inhalt 1 Einfuhrung 1.1 Historische Entwicklung 1.2 Aufgaben eines Betriebssystems 1.3 Komponenten von Betriebssystemen 1.4 Beschreibung von Betriebssystemkomponenten 2 Prozessorverwaltung 2.1 Prozessoren Von Neumann-Maschine Peripherieanschlüsse Mehrprozessoranlagen Zentralspeicher Daten im Zentralprozessorr Interprozessorsignale 2.2 Instanzen Organisation von Problemlösungen Instanzenbeschreibung Instanzenkomponenten Instanzenleitblock 2.3 Interaktion zwischen Instanzen Begründung Formen der Interaktion Realisierung Kooperation bei Prozessen Synchronisation und Kommunikation bei Prozessen \, 2.4 Zuordnung von Prozessen zu Prozessoren Prozeßumschaltung Prozesse ohne Zustandskennzeichnung Prozesse mit Zustandskennzeichnung Prozeßzustände Leerlaufproblem M Operationen bei Zustandskennzeichnung Gliederung eines Kerns Datenoperationen Zustandswechseloperationen Initialisierung Kooperations- und Kommunikationsoperationen Weitere Prozeßoperationen Zusammenfassung

3 2.5 Strategien Aufgabenstellung Reihenfolgestrategie Dringlichkeitsgesteuerte Strategien 2.6 Ausbau der Kooperations- und Kommunikationsoperationen Aufgabenstellung Kernoperationen Gegenseitiger Ausschluß der Kernoperationen Abgrenzung der Kernoperationen Allgemeine Kooperationsoperationen Leser-Schreiber-Kooperation mit Leservorrang Leser-Schreiber-Kooperation mit Schreibervorrang 2.7 Ausbau der Synchronisations- und der Kommunikationsoperationen Übersicht Das allgemeine Kanalprinzip ODER-Kanäle UND-Kanäle Das Torprinzip Gruppenkommunikation Zusammengesetzte Kommunikation Technisch unterstützte Synchronisation 2.8 Interaktionsmuster Begründung Der Monitor Der Dienstleistungsprozeß Der Sekretär Das Team Alternierungen Gleichläufer,2.9 Parallelisierung Formen der Parallität Interne Parallelität Einfache Parallelität Mehrfache Parallelität Pufferung Externe Parallelität Mehrfachaktivierung Fließbandprinzip Umschaltung Mischung der Parallelitätsformen

4 2.10 Asynchronisationen Begründung Operationen Anwendungsbeispiele 3 Ein/Ausgabesteuerung 3.1 Aufgabenstellung 3.2 Technische Gegebenheiten Modellierung der Gerätetätigkeit Kommunikation zwischen Zentralprozessor und Gerätt 3.3 Ein/Ausgabeprogramme Prozeduren Geräte ohne Unterbrechungswirkung Geräte mit Unterbrechungswirkung Prozesse Gerätetreiber Kanaltreiber Transportanalyse Ursachen Reaktionen 3.4 Sonderformen von Treibern Schwenkstrategie Gleitende Kanäle Totzeitreduzierung Mehrere Treiber pro Gerät Protokolltreiber 4 Betriebsmittelverwaltung 4.1 Aufgabenstellung, Klassifizierung 4.2 Selbstanforderungen Anforderungsprozeduren Eigenbelegungen Fremdbelegungen Anforderungsprozesse Ein Beispiel

5 Fremdzuweisungen Begründung Prozeßzustände "BM fordernd" Zuweisungsprozeduren Zuweisungsprozesse Folgen von Zuweisungen 4.4 Kandidatenauswahlstrategien Begründung Auswahl nach Angebot und Nachfrage Auswahl nach Reihenfolge Auswahl mit Reservierung 4.5 Betriebsmittelentzug Vorgang Entzug bei Selbstanforderungen Virtuelle Betriebsmittel Technische Unterstützung Räumen mit Vorlauf Entzug bei Fremgzuweisungen 4.6 Verklemmungen Charakterisierung Vermeidung Entdeckung Verhinderung Algorithmen zur Verklemmungsanalyse 5 Speicherverwaltungsmechanismen 5.1 Aufgabenstellung 5.2 Parameter der Speicherverwaltung Reihenfolge der Operationen Größe der Anforderungen Belegungsdarstellung Belegungsstrategien Speicherverschnitt Wiedereingliederung 5.3 Konkrete Verfahren Vorbemerkung Das Kellerverfahren Ein Vektorverfahren Ein Tabellenverfahren Das Halbierungsverfahren

6 5.4 Freispeichersammlung Einzelstücke Listenstrukturen Zusammenschieben Zentralspeicherverwaltung Aufgabenstellung Adressierungsmechanismen, Direkte Adressierung Relative Adressierung Streuende Adressierung Grundprinzip Stückelung in gleich lange Teile bei eindimensionalem Adreßraum Stückelung in variabel lange Teile bei eindimensionalem Adreßraum Stückelung in variabel lange Teile bei zweidimensionalem Adreßraum Zweistufige Adreßumsetzung Übersicht Speicherschutzmechanismen Problem Speichertrennregister Speichergrenzregister Speicherschutzschlüssel Speicherschutzmasken Schutz bei getrenntem Adreßraum Handhabung der Schutzeinrichtungen Virtueller Speicher Prinzip Technische Unterstützung Datenstrukturen Verwaltungsprogramme Prozeduren Prozesse Kachelauswahlstrategien Referenzfolgen Optimale Strategie Realisierbare Strategien Realisierung der LFU-Strategie Realisierung der LRU-Strategie Realisierung der RNU-Strategie Realisierung der FIFO-Strategie

7 Mechanismen ohne apparative Unterstützung Ersatz der Referenzindikatoren Ersatz der Zähler Kapazität des vituellen Speichers Einführung Seitentauschgrad DerThrashing-Effekt Das Working-Set-Modell Das Page-Fault-Frequency-Modell Das Nutzungsgrad-Modell 7 Externe Datenverwaltung 7.1 Aufgabenstellung Dateien Dateien auf Standardperipheriegeräten Dateien auf magnetischen Datenträgern Aufgaben Physikalischer Aufbau Logischer Aufbau 7.2 Dateien auf Magnetbändern Physikalische Gegebenheiten Organisatorische Gegebenheiten 7.3 Dateien auf Plattenspeicher Physikalische Gegebenheiten Organisatorische Gegebenheiten Plattenetikett Platteninhaltsverzeichnis, Dateikatalog Belegungsinformation Dateibeschreibung Dateiorganisation Sequentielle Dateiorganisation Direkte Dateiorganisation Indexsequentielle Dateiorganisation 7.4 Programme der Dateiverwaltung Grundstruktur Operationen Ein Beispiel

8 8 Programmverwaltung 8.1 Aufgabenstellung, Einteilung 8.2 Programme als Prozeduren Randbedingungen Prozeduren im realen Speicher Einfach benutzte Programme Mehrfach benutzte Programme Technisch unterstütztes Belegen Prozeduren im virtuellen Speicher Einfach benutzte Programme Mehrfach benutzte Programme 8.3 Programme als Prozesse Randbedingungen Prozesse im realen Speicher Einfach benutzte Programme Mehrfach benutzte Programme Prozesse im virtuellen Speicher 9 Auftragsverwaltung Einfach benutzte Programme Mehrfach benutzte Programme 9.1 Aufgabenstellung 9.2 Auftragssteuersprache 9.3 Auftragsabwickler 9.4 Auftragsströme 9.5 Spooling 9.6 Auftragsbearbeitungsstrategien 10 Meldungen und Bedienung 10.1 Aufgabenstellung 10.2 Meldungen 10.3 Bedienung Bedienungsfälle Das Kommando Der Kommandoprozeß 10.4 Einbettung von Meldungs- und Kommandoprozessen Selbständige Tastatur Kombinierte Bedienungs/Meldegeräte Kombinierte Meldung/Ausgabe bzw. Bedienung/Eingabe

9 Mehrfachbedienung 10.6 Fenstertechnik 10.7 Menü- und Formulartechnik, Piktogramme 11 Konfigurationsverwaltung 11.1 Problemstellung 11.2 Statische Konfigurierung Einzelbetriebsmittel Betriebsmittelpool Teilbares Betriebsmittel Ein Beispiel 11.3 Dynamische Konfigurierung Begründung Erzeugen und Beseitigen Autoidentifizierung 11.4 Logische Betriebsmittel 11.5 Der Objektmodul Register