1.2 Entwicklungsgeschichte

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Oskar Goldschmidt
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1 1.2 Entwicklungsgeschichte Begriff Operating System wurde in den 60er Jahren in den USA geprägt und in Deutschland als Betriebssystem übernommen. Zunächst später dann dazu Stapelbetrieb, Teilnehmerbetrieb, Einplatzsysteme, Client/Server-Betrieb. bs-1.2 1

2 Hardware Betriebssoftware Beispiele Generation: Lader IBM 704 Röhren Generation: Stapelsysteme mit IBM 7090, Zuse Z 23, Halbleiter Spooling (Bänder, Trommeln, Telefunken TR 4 Platten später auch Platten) Generation: Dateisysteme, virtueller Sp., IBM OS/360, TSS,... Hochintegration Teilnehmersysteme; T.H.E., Multics, Unix (LSI) Datenbanksysteme, Rechnernetze. bs-1.2 2

Telefunken TR 4 Platten später auch Platten). 1970 3. Generation: Dateisysteme, virtueller Sp.

3 Generation: Personal Computing MS/DOS Höchstintegr. Fenstersysteme Apple Lisa, Mac (VLSI), chips MS Windows Client/Server-Systeme SunOS 1990 Schnelle Netze Verteilte Betriebssysteme Amoeba Middleware CORBA Linux 2000 Mobilkommunikation, MS Windows/CE Laptops, Handhelds, MS.NET SmartCards, RFIDs, JavaCard bs-1.2 3

SunOS 1990 Schnelle Netze Verteilte Betriebssysteme Amoeba Middleware CORBA

4 Perspektive: 2010 sichere BS? Quantenrechner? QuantenBS? Aktuelle Forschung: Betriebssystem-Familien Persistente Betriebssysteme Sichere Betriebssysteme Middleware bs-1.2 4

5 1.2.1 Residenter Lader (resident loader) kann als Vorläufer des Betriebssystems gelten: wie kommt mein Programm in den Speicher? Alternativen: manuell eingeben an Tasten- und Schalterfeld Ladeprogramm manuell eingeben und starten: liest Programm z.b. von Lochkarten und entfernt sich zum Schluss selbst Ladetaste betätigen: startet Laden eines selbstladenden Laders und startet diesen Lader wie, aber Lader im Speicher belassen! bs-1.2 5

Alternativen: manuell eingeben an Tasten- und Schalterfeld Ladeprogramm manuell eingeben und starten: liest

6 Arbeitsspeicher Residenter Lader 0 freier Speicher 16 K bs-1.2 6

7 1.2.2 Stapelsystem (batch system) bearbeitet ohne manuellen Eingriff eine Folge von Aufträgen (jobs), die als Lochkartenpakete beim Operateur (operator) abgegeben werden. Es gibt Programmkarten, Datenkarten, Steuerkarten. Steuerkarten enthalten Steuerbefehle in einer Auftragssteuersprache (job control language) bs-1.2 7

abgegeben werden. Es gibt Programmkarten, Datenkarten, Steuerkarten.

8 Rechner Ausgabe drucken Eingabe lesen bs-1.2 8

9 Residente Systemsoftware: Lader Ein/Ausgabe-Routinen ( braucht jedes Programm ) Auftragssteuerung (monitor) überprüft jede Karte; erkennt Steuerkarten; veranlasst Auftragswechsel, Laden von Übersetzern, von übersetzten Programmen; Auftragsabbruch bei Fehler. wird nach Anschalten des Rechners geladen von Urlader (bootstrap loader) bs-1.2 9

Auftragswechsel, Laden von Übersetzern, von übersetzten Programmen; Auftragsabbruch

10 Arbeitsspeicher E/A-Routinen 0 Lader Monitor freier Speicher 128 K bs

11 Arbeitsspeicher E/A-Routinen 0 Lader Monitor Dienstprogramme auf Magnetband: Übersetzer, Binder,... freier Speicher 128 K bs

12 Eingaberechner Ausgaberechner Durchsatzerhöhung durch Überlappung von Lesen Verarbeiten Drucken (off-line input/output) Verarbeitungs- Rechner

13 Alle drei Aktivitäten von einem Rechner ausführen lassen Spooling (simultaneous peripheral operation on-line) vorzugsweise mit Trommel, später Platte:! Vorstufe von Mehrprozeßbetrieb! Eingabebereich Ausgabebereich Dienstprogramme Benutzerdateien bs

vorzugsweise mit Trommel, später Platte:!

14 1.2.3 Teilnehmersystem (time-sharing system) An einem Rechner hängen viele Arbeitsplätze, Datenstationen (terminals) (= Tastatur + Druckwerk, später Bildschirm) Benutzer steuert die gewünschten Vorgänge interaktiv durch zeilenweises Eintippen von Befehlen in einer Befehlssprache (command language) (vgl ) Ausführung im Mehrprozessbetrieb (Oft auch noch Stapelbetrieb/Teilnehmerbetrieb zugleich.) bs

gewünschten Vorgänge interaktiv durch zeilenweises Eintippen von Befehlen in einer Befehlssprache

15 Multiplexer Zentraleinheit mit Teilnehmer- Betriebssystem weitere Peripherie bs

16 1.2.4 Client/Server-Systeme mit graphischer Benutzerschnittstelle Kleinrechner (workstations, PCs, Laptops,...) anstelle von unintelligenten Terminals Fenstersysteme: Benutzer steuert die gewünschten Vorgänge im wesentlichen mit der Maus (Klicks, Doppelklicks, Bewegung, drag-and-drop,...) (Oft auch noch Befehlssprache in Terminal-Fenster) Zukunft: multimediale Benutzerschnittstelle, eventuell mit gesprochener Befehlssprache bs

wesentlichen mit der Maus (Klicks, Doppelklicks, Bewegung, drag-and-drop,.

17 Netz Dienstanbieter (server) Klienten (clients) weitere Peripherie bs

18 1.3 Architektur von Betriebssystemen Zentrale Aspekte: Schichtenstruktur Monolithischer Kern oder Mikrokern aufrufbasiert oder auftragsbasiert Objektorientierung bs

19 1.3.1 Schichtenstruktur Eine Schicht (layer) des Betriebssystems ist zuständig für Verwaltung eines Betriebsmitteltyps, benutzt andere Schichten (durch Aufrufe), wobei benutzt eine lineare Ordnung ist; man sagt auch: die Schichten bilden eine funktionale Hierarchie.. Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hardware Schicht n benutzt die Schichten n-1, n-2,... bs

benutzt eine lineare Ordnung ist; man sagt auch: die Schichten bilden eine funktionale

20 Andere äquivalente Betrachtungsweise: an der Schnittstelle von Schicht 1 sieht man eine abstrakte Maschine (abstract machine), die nicht mehr mit der realen Maschine (Hardware) identisch ist, d.h. Teile von deren Funktionalität verbirgt und dafür neue Funktionalität hinzufügt entsprechend für Schicht 2,3,... Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hardware Systemschnittstelle abstrakte Maschine 3 abstrakte Maschine 2 abstrakte Maschine 1 reale Maschine bs

21 Historisches Beispiel: Einführung des Schichtenprinzips durch T.H.E. (Technische Hogeschool Eindhoven, [Dijkstra 1967]) Stapelsystem für die Electrologica X8 5 Benutzerprogramme 4 E/A-Verwaltung (Lochstreifen, Drucker) 3 Konsolverwaltung (Operateur-Konsole) 2 Speicherverwaltung (Arbeitsspeicher, Trommel) 1 Prozeßverwaltung 0 Hardware bs

22 Typische funktionale Hierarchie heutiger Betriebssysteme: 6 Befehlsinterpretierer Benutzerprogramme 5 Fenstersystem Middleware 4 E/A-Verwaltung Netzkommunikation 3 Dateiverwaltung 2 Speicherverwaltung 1 Prozeßverwaltung 0 Hardware bs

23 Verwandter Begriff: Virtuelle Maschine (virtual machine, VM) = komplett simulierte reale Maschine (i.d.r. mit gleichem Instruktionssatz) Mehrere Exemplare einer VM auf einer realen Maschine Koexistenz mehrerer Betriebssysteme möglich Beispiele: CP simulierte IBM 360/370 (1969) bochs simuliert Intel x86 vmware simuliert Intel x86 bs

24 1.3.2 Kern oder Mikrokern Monolithischer Kern (kernel): das gesamte Betriebssystem (im engeren Sinn) ist in einem Adressraum untergebracht, der auch häufig im Ganzen speicherresident gehalten wird. Mikrokern (microkernel): das Betriebssystem ist auf verschiedene Adressräume aufgeteilt, daher leicht erweiterbar und partiell auslagerbar; keine fest definierte Systemschnittstelle mehr; Mikrokern verwaltet Benutzer- und System-Adressräume. bs

25 1.3.3 Aufruf- oder auftragsbasiert Zur Erinnerung: aufrufbasiert: Diensterbringer ist Prozedur/Modul/Objekt und wird vom Klientenprozess mit Aufruf angesprochen auftragsbasiert: Diensterbringer ist Prozess und wird vom Klientenprozess mit Auftragserteilung angesprochen bs

26 Bei Betriebssystemen: Dienst ist ein Systemdienst, Aufrufbasierte Systeme: entweder an der Systemschnittstelle oder an einer systeminternen Schnittstelle Prozess wandert durch verschiedene Adressräume dynamische Prozesserzeugung für asynchrone Dienste Auftragsbasierte Systeme: Adressraumwechsel nur bei Prozessumschaltung Diensterbringung in der Regel asynchron bs

27 1.3.4 Objektorientierung bei Betriebssystemen Implementierung eines Betriebssystems: Assembler war lange gebräuchlich (bis etwa 1970) Systemimplementierungssprache (C, Modula,...) Schicht besteht aus mehreren Modulen, aber ein Modul kann sich auch über mehr als eine Schicht erstrecken objektorientierte Sprache (C++) höhere Schicht kann Klasse aus tieferer Schicht erweitern bs

28 Objektorientierung an der Systemschnittstelle: Betriebssystem verwaltet Systemtypen = Typen virtueller Betriebsmittel (z.b. Prozess, Semaphor, Datei, Port,...), von denen Objekte erzeugt werden können (die im Adressraum [ räumen] des Betriebssystems liegen Betriebssystem verwaltet ausschließlich Typen und Objekte auch für die Benutzerprogramme unterstützt durch entsprechende Adressraum-Strukturierung Beachte: Das Objektmodell eines objektorientierten Betriebssystems ist programmiersprachenunabhängig

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