Eduard Glatz. Betriebssysteme. Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung. rj dpunkt.verlag

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1 Eduard Glatz Betriebssysteme Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung rj dpunkt.verlag

2 InhaItsverzeichnis 1 Einführung Zweck Definitionen Einordnung im Computersystem Betriebssystemarten Klassische Einteilungen Betriebssystemarchitekturen Architekturformen Benutzer-lKernmodus Monolithische Systeme Geschichtete Systeme Mikrokernsysteme Beispiele von Systemarchitekturen Abstraktionen aus Benutzer- und Entwicklersicht Grundlagen der Programmausführung und Systemprogrammierung Programmausführung und Hardware Rechner- und Prozessorgrundlagen Grundlagen des Adressraums Grundlagen der Programmausführung Unterprogrammmechanismen Systemprogrammierung Wahl der Systemprogrammiersprache Laufzeitsystem der Programmiersprache Unterprogrammtechniken Grundlagen der Systemprogrammierung Systemprogrammierschnittstellen 82

3 3 Prozesse und Threads Parallelverarbeitung Darstellnng von parallelen Abläufen Hardware-Parallelität Software-Parallelität Begriffe Prozessmodell Grnndprinzip Prozesserzengung und Terminierung Prozesse unter Unix Funktionsweise der Unix-Shell Prozesse & Jobs unter Windows Vererbung unter Prozessen Prozesshierarchie Systemstart Threads Thread-Modell Vergleich Prozesse zu Threads mplementiernug des Multithreading Threads & Fibers unter Windows Threads unter Unix Prozessorzuteilungsstrategien Quasiparallelität im Einprozessorsystem Prozess- und Thread-Zustände Zuteilungsstrategien Multiprozessor-Schednling POS1X-Thread-Schednling Java-Thread-Scheduling Scheduling unter Windows " Scheduling unter Unix Synchronisation von Prozessen & Threads Synchronisationsbedarfe und Lösungsansätze Problem der Ressourcenteilung Verlorene Aktualisiernng (lost update problem) nkonsistente Abfrage (inconsistent read) Absichernng mit Selbstverwaltung Absichernng mit Systemmitteln 178

4 Semaphore Semaphortypen Implementierungsfragen. Anwendung der Semaphore Absicherung kritischer Bereiche (mutual exclusion) Synchronisation von Abläufen (barrier synchronization) Produzenten & Konsumenten (producer and consumer) Leser & Schreiber (readers and writers). Problem der Prioritätsumkehrung (priority inversion). Weitere Anwendungsprobleme. Implementierungen von Semaphoren Semaphore unter Unix Semaphore unter Windows. Unix-Signale Idee & Grundprinzip der Unix-Signale Programmierung der Signale Signale im Multithreading Realtime-Signale. Verklemmungsproblematik (deadlocks) Ursache Deadlock-Bedingungen Lösungsansätze und ihre Beurreilung Kommunikation von Prozessen & Threads Überblick über Synchronisation und Kommunikation 5.2 Nachrichtenbasierte Verfahren Allgemeine Aspekte Unix-Pipes Windows-Pipes Unix Message Queues Windows-Messages Windows-Mailslots Speicherbasierte Verfahren Gemeinsamer Speicher unter Windows Gemeinsamer Speicher unter Unix

5 Monitor Grundprinzip " " Java-Monitor Monitornachbildung mit Bedingungsvariablen. Rendezvous Grundprinzip Synchronisation in Client/Server-Systemen (barber shop). Rechnerübergreifende Interprozesskommunikation Netzwerksoftware Berkeley-Sockets Remote Procedure Call (RPC) Überblick über Middleware Ein- und Ausgabe Peripherie Einordnung im Rechnermodell " " Begriffsdefinitionen. Ein-/Ausgabeabläufe Programmgesteuerte Ein-/Ausgabe Ein-/Ausgabe mittels Programmunterbrechungen Ein-/Ausgabe mittels OMA Ein-/Ausgabearten im Vergleich. Ein-/Ausgabesystem Treiber Geräteverwaltung Treiberschnittstelle Ein-/Ausgabeschnittstelle Ein-/Ausgabepufferung Treibermodell in Linux Treibermodelle in Windows (WOM & WOF). Massenspeicher Verfahren der Oatenaufzeichnung Wichtigste Massenspeicher Eigenschaften von Plattenspeichern Zugriffsplanung für Plattenspeicher (disk l/o scheduling) Pufferung von Plattendaten (disk cache)

6 6.5 Benutzerinteraktion aus Systemsicht (Benutzeroberflächen) Allgemeines Systemarchitekturen Programmiermodelle Die Unix-Shell als Kommandointerpreter funktionsweise & Programmierung des X-Window-Systems Funktionsweise und Programmierung des Windows-GUI Speicherverwaltung Speichersystem Einordnung im Rechnermodell Grundlegende Speicherprinzipien Speicherhierarchie & Lokalitätsprinzip Cache-Funktionsweise. Verwaltungsgrundlagen Abstraktionen mittels Abbildungsfunktionen Aufgaben der Systemsoftware Dynamische Speicherbereitstellung. Verwaltung von Prozessadressräumen Adressraumnutzung durch Programme Adressraumverwaltung durch das Betriebssystem. Realer Speicher Monoprogrammierung Multiprogrammierung mit Partitionen Verfahren für knappen Speicher. Virtueller Speicher Adressumsetzung Seitenwechselverfahren (demand paging) Speicherabgebildete Dateien Gemeinsamer Speicher (shared memory)

7 8 Dateisysteme Aufgaben des Dateisystems Dateisystemkonzepte Logische Organisation Dateisystemfunktionen Gemeinsame Dateinutzung Speicherabgebildete Dateien. Realisierung von Dateisystemen Konzeptionelles Modell Blockspeichet als Grundlage Organisationsprinzipien. UFS - traditionelles Unix-Dateisystem. FAT- traditionelles Windows-Dateisystem Struktur der Gesamtplatte Aufbau der Belegungstabelle (FAT) Verzeichnisdaten Lange Dateinamen (VFAT). NTFS - modernes Windows-Dateisystem. Netzwerkdateisysteme Logische Sicht Implementierung NFS - Network File System in Unix MB - Netzwerkdateisystem in Windows. Spezielle Dateisystemtechnologien Protokollierende Dateisysteme. Festplattenpartitionierung Anwendungsbereiche Festplattenpartitionierung der pe-systeme. Programmentwicklung Software-Entwicklungswerkzeuge Ablauf der Programmübersetzung Darstellung von Übersetzungsvorgängen mittels T-Notation Automatisierte Übersetzung Versionenkontrolle " 583 I

8 9.2 Adressraumbelegung und Relokation Storage Class Programmorganisation in Sektionen Relokation von Programmen Programmbibliotheken Grundlagen und Begriffe Programmbibliotheken unter Unix Programmbibliotheken unter Windows Skriptprogrammierung unter Unix Anwendungsbereiche Die Shell als Programminterpreter Portabilität und Kompatibilität Erstellung von Skriptprogrammen Elemente der Skriptsprache Shell-Befehle Shell-Variablen Metazeichen Synonyme und Funktionen Bedingte Tests (condirional tests) Arithmetik Kontrollstrukturen für Skripte Sicherheit Schutzziele Autorisierung und Zugriffskontrolle Grundlagen und Begriffe Schutzdomänenkonzept Schutzstrategien Hochsichere Betriebssysteme Sicherheit unter Unix Sicherheit unter Windows

9 11 Spezielle Technologien Multiprozessorsysteme Einprozessorsysteme Multiprozessorsysteme (Klassifikation nach Flynn) Rechenleistung paralleler Prozessoren (Amdahl's Law) Strukturen von Multiprozessorsystemen Leistungsbewertung von Computern Handheld-Computing Allgemeines Spezielle Anforderungen an das Betriebssystem Palm OS WindowsCE Embedded Linux Symbian OS Virtualisierungskonzepte und ihre Anwendung Anwendungsbereiche Virtuelle Prozessoren Virtuelle Prozessumgebungen Virtuelle Ressourcen Virtuelle Computer (Stufe Computerhardware) Virtuelle Sekundärspeicher (storage virtualization) Virtuelle Netzwerke (network virtualization) 689 A Anhang 691 A.l Maßeinheiten und Darstellungen 691 A.1.1 Maßeinheiten in der Informatik 691 A.1.2 Darstellung von Bitmustern 692 A.1.3 Oktal- und Hexadezimalzahlen 692 A.1.4 Kennzeichnung der Zahlensysteme 693 A.1.5 Rechnerinterne ZahlendarsteIlungen 693 A.1.6 Textzeichensätze 697 A.2 Instruktionssatz der Intel ia32-prozessoren 702 Literaturhinweise Index