3 Schnittstelle zum Betriebssystem 3.5 Multitasking. Schichten und Sichten eines Rechnersystems

Transkript

1 Schichten und Sichten eines Rechnersystems (Lst. ) 1

2 Das Betriebssystem als ein Ressourcen-Manager (Lst. ) 2

3 Betriebssystem-Arten Interaktiv Batchbetrieb (Stapelverarbeitung) Einzelprogrammbetrieb (Uni-programming) Mehrprogrammbetrieb (Multi-programming, Multi-tasking) (Lst. ) 3

4 arly Systems Die ersten Systeme Späten 1940er und Mitte der 1950er Kein Betriebssystem Programme interagierten direkt mit der Hardware (Lst. ) Zwei Haupt-Probleme Ablaufplanung: Rechenzeit beantragen Zu viel, zu wenig? Vorlaufzeit (Setup time) Zeit, die verging, bis Programm überhaupt erst lauffähig war, (Kompilierzeit) Bei Fehler musste wieder von vorne begonnen werden 4

5 Einfache Batchsysteme Residentes (fest im Speicher vorhandenes) Monitor Programm Benutzer geben Aufträge (Jobs) bei Operator ab Operator stapelt einzelne Jobs Monitor steuert Ereignisfolgen um den Stapel zu verarbeiten Wenn ein Job fertig ist, geht Kontrolle an Monitor zurück, der den nächsten Job liest (Lst. ) Monitor realisiert Ablaufplanung 5

6 Speicherlayout für residenten Monitor (Lst. ) 6

7 Was soll die Hardware leisten? Speicherschutz Um den Monitor zu schützen (Lst. ) Timer Um zu verhindern, dass einzelner Job das System monopolisiert Schaffen privilegierter Anweisungen Die nur vom Monitor ausgeführt werden, z.b., I/O Unterbrechungen Um Kontrolle abzugeben und wieder zu erlangen 7

8 Mehrprogramnutzung im Batch-Betrieb Ein-/Ausgabegeräte langsam Wenn ein Programm auf eine Ein-/Ausgabe wartet, kann ein anderes Programm in der Zeit den Prozessor nutzen (Lst. ) 8

9 Einzelprogramm (Lst. ) 9

10 Mehrprogrammbetrieb mit zwei Programmen (Lst. ) 10

11 Mehrprogrammbetrieb mit drei Programmen (Lst. ) 11

12 Verbesserte Auslastung (Lst. ) 12

13 Zeitscheibensysteme (Time Sharing systems) Erlaubt Benutzern direkt mit dem Rechner zu interagieren Interaktiver Betrieb erlaubt im Mehrprogrammbetrieb mehrerern Nutzern mit Rechner zu interagieren (Lst. ) 13

14 Ablaufplanung: der Schlüssel für Mehrprogrammbetrieb Langfristige Planung Mittelfristige Planung Kurzfristige Planung Ein-/Ausgabe (Lst. ) 14

15 Langzeitplanung Bestimmt welche Programme demnächst für die Verarbeitung in Frage kommen können steuert den Grad an Mehrprogrammbetrieb Ist ein Job ausgewählt wird er zum Prozess und die Warteschange für die kurzfristige Ablaufplanung aufgenommen (oder er kann später für das Auslagern ausgewählt werden, wofür der mittelfristige Ablaufplaner verantwortlich ist) (Lst. ) 15

16 Mittelfristige Ablaufplanung Medium Term Scheduling Teil der Swapping-Funktion Vorraussetzung für das Verwalten eines Mehrprogrammbetriebs (Lst. ) 16

17 Kurzfristige Planung Dispatcher Fein-granulare Entscheidungen, welche Jobs als nächstes ausgeführt werden D.h., welcher Job aktuell innerhalb der nächsten Zeitscheibe den Prozessor zugeteilt bekommt (Lst. ) 17

18 Zustandsmodell für Prozesse (Lst. ) 18

19 (Lst. ) Prozesskontrollblock Inhalt Identifier (eindeutiger Bezeichner) State (Zustand) Priority (Priorität des Prozesses) Programzähler Zeiger in Speicher (z.b. auf eigene Seitentabelle Context data (Register- und Flagdaten) I/O Status (geöffnete Dateien, Position Dateizeiger) Accounting information (Nutzungs-Information für Abrechnung, in Anspruch genommene CPU-Zeit) 19

20 Beispiel für Prozess-Ablauf (Lst. ) 20

21 Schlüsselelemente Betriebssystem - Ablaufplanung (Lst. ) 21

22 Process Scheduling (Lst. ) 22