Betriebssystembau (BSB) Einführung

Transkript

1 Betriebssystembau (BSB) Einführung Olaf Spinczyk Arbeitsgruppe Eingebettete Systemsoftware Lehrstuhl für Informatik 12 TU Dortmund 1

2 Lernziele das Wissen über Betriebssysteme vertiefen Funktionsweise Struktur Implementierung der Weg ist das Ziel: OO-StuBS Entwicklung eines Betriebssystems von der Pike auf PC-Technologie besser verstehen Betriebssystembau: 01-Einführung 2

3 Voraussetzungen Grundwissen über Betriebssysteme (BSRVS 1) Spaß an Programmierung C/C++, Assembler (x86) Keine Panik! Spaß an hardwarenaher Programmierung Spaß an Nebenläufigkeitsproblemen ein gewisses Maß an Durchhaltevermögen Betriebssystembau: 01-Einführung 3

4 Organisation Vorlesung (1,5 Std. wöchentlich, Mo. 12:15-13:45 oder früher/später?) Vorstellung und detaillierte Behandlung des Lehrstoffs Tafelübung (1,5 Std. wöchentlich, Mi. 10:15-11:45 oder Do. 10:15-11:45) Vertiefung sowie Besprechung der Übungsaufgaben wechselnd mit Übungs-Abgaben (alle 14 Tage) Rechnerübung (1,5 Std. wöchentlich, Mo. 16:15-17:45 oder Di. 10:15-11:45) betreutes Bearbeiten der Übungsaufgaben am Rechner Vor-/Nacharbeit (N Std. wöchentlich, 0 < N < 163,5) in der Summe: 4 SWS Betriebssystembau: 01-Einführung 4

5 Anmeldung mit Hilfe des ASSESS-Systems siehe Webseite zur Lehrveranstaltung Gruppenbildung bei der Abgabe der ersten Übungsaufgabe auch wer eine Prüfung macht, sollte sich anmelden Betriebssystembau: 01-Einführung 5

6 Schein, Prüfung Schein Ausstellung... bei erfolgreicher Bearbeitung aller Aufgaben Rücksprache... bei nicht-erfolgreicher Bearbeitung einer Aufgabe benoteter Schein Voraussetzung: Schein (s.o.) abschließendes Gespräch ( Scheinprüfung ) über Vorlesungs- und Übungsstoff Prüfung Inhalt ist der Vorlesungs- und Übungsstoff (Übungsaufgaben) Betriebssystembau: 01-Einführung 6

7 Dozenten, Übungsleiter Olaf Spinczyk Vorlesung, Übung, Rechnerübung Betriebssystembau: 01-Einführung 7

8 Empfohlene Literatur [1] A. Silberschatz and P. B. Galvin. Operating System Concepts. Addison-Wesley, ISBN [2] R. Love. Linux Kernel Development (2 nd Ed.). Novell Press, [3] R. G. Herrtwich and G. Hommel. Kooperation und Konkurrenz - Nebenläufige, verteilte und echtzeitabhängige Programmsysteme. Springer-Verlag, ISBN [4] M. E. Russinovich and D. A. Solomon. Microsoft Windows Internals (4 th Ed.). Microsoft Press, [5] H.-P. Messmer, K. Dembowski. PC-Hardwarebuch. Addison-Wesley, ISBN [6] Intel Corporation. Intel Architecture Software Developer's Manual. Betriebssystembau: 01-Einführung 8

9 Überblick: Vorlesungen Struktur des OO-StuBS Betriebssystems: Anwendung(en) Gerätezugriff (Treiber) Kontrollflussabstraktion Unterbrechungssynchronisation Prozessverwaltung Unterbrechungsbehandlung Interprozesskommunikation Betriebssystementwicklung Hardware Betriebssystembau: 01-Einführung 9

10 Überblick: Übungen Struktur des OO-StuBS Betriebssystems: 7 Anwendung(en) 1 Gerätezugriff (Treiber) 3 2 Kontrollflussabstraktion Unterbrechungssynchronisation 6 5 Prozessverwaltung 4 Unterbrechungsbehandlung Interprozesskommunikation Hardware Betriebssystembau: 01-Einführung 10

11 BS-Entwicklung (oft ein harter Kampf) erste Schritte wie bringt man sein System auf die Zielhardware? Übersetzung Bootvorgang Testen und Debugging was tun, wenn das System nicht reagiert? printf debugging Simulatoren debugger remote debugging Hardwareunterstützung Betriebssystembau: 01-Einführung 11

12 Programmunterbrechungen im Prinzip Vektortabellen spurious interrupts geschachtelte Unterbrechungen beim PC PIC und APIC Unterbrechungen bei Multiprozessorsystemen IDT Betriebssystembau: 01-Einführung 12

13 Unterbrechungssynchronisation Zusammenspiel zwischen Unterbrechungsbehandlung und normalem Kontrollfluss Hardwaremechanismen zur harten Synchronisation Softwaremechanismen zur weichen Synchronisation Pro-/Epilogmodell und Varianten Unterbrechungstransparenz Betriebssystembau: 01-Einführung 13

14 Das Intel CPU Programmiermodell die Entwicklung der x86 CPU Familie Relikte 8086 Real Mode A20 Gate das ringbasierte Schutzkonzept im Protected Mode das Task-Modell Betriebssystembau: 01-Einführung 14

15 Programmfäden Realisierung von Programmfäden beim x86 Basis: Koroutinen Implementierung des Kontextwechsels unterschiedliche Fadenmodelle leicht vs. schwer vs. federgewichtig vs.... Umsetzung in einer Systemfamilie Betriebssystembau: 01-Einführung 15

16 Ablaufplanung Wiederholung und Vertiefung Grundprinzipien und Klassifikation neue Strategien Tricks aus der Praxis spezielle Probleme Zusammenspiel Ablaufplanung/Unterbrechungssynchronisation Betriebssystembau: 01-Einführung 16

17 Betriebssystemarchitektur verschiedene Klassen von Systemen entstehen durch unterschiedliche Komposition der BS-Mechanismen Mikrokerne, Monolithen, Exokerne,... L4, Solaris, Linux, Windows XP Hypervisor xen, vmware Betriebssystembau: 01-Einführung 17

18 Fadensynchronisation blockierend vs. nicht-blockierend Multiprozessor-Fadensynchronisation die ultimative Synchronisationsprimitive Semaphore? spezielle Probleme Wechselwirkung zwischen Synchronisation und Ablaufplanung Wiederholung und Vertiefung von Verklemmungen Betriebssystembau: 01-Einführung 18

19 Interprozesskommunikation (IPC) Abstraktionen jenseits von Semaphor und Nachricht Zusammenhang zwischen IPC und Synchronisation konkrete Beispielsysteme Dualität nachrichten-basierter und prozeduraler Systeme Lauer & Needham Betriebssystembau: 01-Einführung 19

20 PC Bussysteme Architektur und Programmierung Lokale Busse PCI (Express) AGP InfiniBand HyperTransport I/O Busse USB, FireWire SCSI, SATA... Betriebssystembau: 01-Einführung 20

21 Geräteprogrammierung Vielfalt typischer PC Geräte und Probleme Maus, Diskettenlaufwerk, hardware-beschleunigte Graphikkarten Treibermodelle konkrete I/O Systeme Windows, Linux Betriebssystembau: 01-Einführung 21

22 Betriebssystembau Viel Spaß! Betriebssystembau: 01-Einführung 22