Systemprogramme bezeichnen alle Programme, die bestimmte Aufgaben unterstützen, die unabhängig von einer konkreten Anwendung sind

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1 Betriebssysteme Systemprogramme bezeichnen alle Programme, die bestimmte Aufgaben unterstützen, die unabhängig von einer konkreten Anwendung sind Umfaßt z.b. auch Compiler, Interpreter und Dienstprogramme wie Editoren etc. Betrieb eines Computers erfordert spezielle Sammlung von Systemprogrammen: Definition (Betriebssystem) Ein Betriebssystem umfasst alle Systemprogramme, welche die Ausführung von Anwendungsprogrammen steuern und alle dafür notwendigen Betriebsmittel verwalten und betreiben. Betriebsmittel kann dabei sowohl Hardware als auch andere Software meinen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

2 Hardware-Abstraktion Nutzerme Anwendungsprogramme Betriebssystem Hardware Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

3 Aufgaben von Betriebssystemen Hochfahren des Betriebssystems beim Starten des Rechners durch spezielle Komponente (engl. Boot-Loader) Zur Laufzeit des Systems 1 Prozessverwaltung 2 Speicherverwaltung 3 Dateiverwaltung 4 Geräteverwaltung Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

4 Prozessverwaltung /1 Verwaltung aller Prozesse auf einem System Starten neuer Prozesse, Laden der auszuführenden Programme in den Hauptspeicher Zuteilung von Ressourcen an Prozesse, insbesondere Rechenzeit der CPU Kommunikation von Prozessen untereinander Beenden von Prozessen, Freigabe von Ressourcen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

5 Prozessverwaltung /2 Eine Hauptaufgabe: Unterstützung von Multi-Tasking und Multi-Threading Scheduling: möglichst gerechte Zuteilung von Zeitscheiben an Prozesse Verschiedene Prozesszustände nach Laden möglich RUNNING: Prozess/Thread wird aktuell ausgeführt READY: wartet auf Zeitscheibe BLOCKED: kann nicht ausgeführt werden, da er auf eine Ressource wartet Aktuelle Scheduler berücksichtigen Priorität, Aktivität, Interaktion, etc. von Prozessen, um möglichst effiziente Auslastung des Systems zu erreichen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

6 Prozesszustände beim Multi-Tasking CREATE TERMINATED Erzeugen eines Prozesses Auswahl zur Ausführung Beenden eines Prozesses Ressource frei oder Ereignis eingetreten READY Ausführung unterbrechen BLOCKED RUNNING Warten auf Ressource oder Ereignis Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

7 Speicherverwaltung Anforderung und Freigabe von Speicher durch Prozesse Zuteilung von Hauptspeicher: physischer Adressraum wird aufgeteilt und Prozessen zugeordnet Heute State of the Art: Virtuelle Speicherverwaltung (Virtual Memory) Gleichzeitige Ausführung zahlreicher komplexer Prozesse sprengt Größe des physischen Adressraums Prozesse kriegen virtuelle Adressräume zugewiesen, die einzeln oder zusammen größer als physischer Speicher sein können Aktuell nicht benötigte Ausschnitte des Adressraums (Programm, Daten) können auf Sekundärspeicher (Festplatte) ausgelagert werden auch Paging, Swapping (Swap Files) oder, wenn übermäßiges Auftreten Thrashing Prozessverwaltung übernimmt Ein- und Auslagerung und Memory Management Unit als Hardware-seitige Unterstützung (Teil heutiger CPUs) Abbildung auf physische Adressen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

8 Dateiverwaltung Datei: dauerhaft auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte Sequenz von Daten, die inhaltlich zusammenhängende Informationen (z.b. ein Programm, Daten für eine Anwendung, ein Bild, etc.) darstellen und durch eine für diese Datei (durch den Dateityp) festgelegte Struktur interpretiert werden können Dateisystem: Organisation von Dateien auf nicht-flüchtigen Speichermedien durch Zuordnung von Speicherbereichen, Freispeicherverwaltung, Zugriffsrechte, Nachvollziehbarkeit von Änderungen und Bereitstellung von Zugriffsoperationen Heutzutage meist hierarchische Struktur von Verzeichnissen (Directories) als Namensraum für Dateien Eindeutige Identifikation einer Datei durch Verzeichnispfad plus im Verzeichnis eindeutigen Dateinamen Oft eindeutige Kennzeichnung des Dateityps als Suffix des Dateinamens (z.b..pdf,.jpg,.cpp,.exe) Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

9 Dateiverwaltung /2 Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

10 Geräteverwaltung Wichtige Teilaufgabe der Hardware-Abstraktion durch das Betriebssystem Geräte zum Teil nur mittelbar über andere Hardware zugreifbar (z.b. Monitor über Grafikkarte) Geräte, die durch Anwendungen direkt verwendet werden können (z.b. Grafikkarten) oder deren Einsatz durch das Betriebssystem koordiniert werden muß (z.b. Festplatten über Dateisystem), werden über Gerätetreiber (Device Drivers, auch einfach Treiber) gesteuert Spezielle Systemprogramme, die als Software-Schnittstelle für das Gerät über das Bussystem auf die Hardware-Schnittstelle zugreifen Treiber sind spezifisch für ein konkretes Gerät, bzw. dessen unter Umständen standardisierte Hardware-Schnittstelle ein konkretes Betriebssystem, dass die angebotene Software-Schnittstelle nutzen kann Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

11 Einteilung von Betriebssystemen Einteilung aktueller und historischer System nach Prozessunterstützung, z.b. Single-Task vs. Multi-Tasking Interaktion, z.b. Stapelverarbeitung (Singel-Task) Mainframes mit Terminals Single vs. Multi-User Grafische Nutzungsoberfläche (GUI) Unterstützter Hardware, z.b. Server vs. Workstations/PCs 32-bit vs. 64-bit eine CPU, parallele oder verteilte Systeme Speziellen Anwendungen, z.b. für eingebettete oder Handheld-Systeme Echtzeit-Betriebssysteme Modell für Entwicklung und Vermarktung, z.b. Closed vs. Open Source Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/

12 Microsoft Windows-Familie Verbreiteter Einsatz als Single-User-, Multi-Tasking-Betriebssystem für IBM-kompatible PCs Zuerst GUI für MS/DOS, eigenständiges Betriebssystem seit Windows 95 Aktuell Windows Vista Separate Linie als Server-Betriebsystem (Windows NT, Windows Server) Unix-Familie Erstes Multi-Tasking-, Multi-User-Betriebssystem Derivate für zahlreiche Hardware-Plattformen mit unterschiedlicher Unterstützung für weitere Features (z.b. GUI) Einsatz vor allem als Server-Betriebsystem Open Source-Variante Linux auch im PC-Bereich Beispiele für weitere Systeme Apple Mac OS (für Apple PCs, diverse Hardware, aktuelle Version Mac OS X basiert auf Unix) Windows CE (Windows-Variante für Handhelds und eingebettete Eike Schallehn Systeme) Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/ Betriebssysteme: Aktuelle Beispiele

13 Zusammenfassung: Technische Informatik Von-Neumann-Architektur als bis heute verwendete Beschreibung der Funktionseinheiten eines Rechners und deren Zusammen Entwicklung von Anwendungsprogrammen als Umsetzung von Algorithmen zur Lösung von Problemklassen Verfasst in dem Entwickler verständlicher Hochsprache Ausgeführt nach Compilierung oder Interpretation als Maschinensprache Betriebssysteme als Abstraktionsschicht zwischen Hardware und Anwendungsprogrammen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure Wintersemester 08/