Betriebssysteme 1. Thomas Kolarz. Folie 1
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- Monika Goldschmidt
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1 Folie 1
2 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 2
3 0. Einführung, Geschichte und Überblick Einführung - Einsatz von Betriebssystemen - Betriebssystem- Kenntnisse für wen? - DefiniFon Betriebssystem - Aufgaben des Betriebssystems - HW- Grundlagen - Betriebssystem als AbstrakFon der HW Geschichte und Überblick - Geschichtliche Entwicklung - Überblick Gesamtvorlesung Folie 3
4 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 4
5 1. Prozesse und Threads Prozesse - Prozesse: zentrale Konzept des BS - Daten eines Prozesses in UNIX - Prozessmodell - Prozesszustände - Kernel Mode und User Mode - HW- Interrupts - Trap- Interrupts - Prozesstabelle - Process Control Block und PIDs - Prozesserzeugung in UNIX - Prozesshierarchien - Prozesserzeugung in Windows Threads - Threads: MoFvaFon - Vergleich: Prozesse und Threads - Thread- Typen Folie 5
6 1. Prozesse und Threads InterprozesskommunikaDon - IPC: MoFvaFon - Race CondiFons - KriFsche Regionen - Lösung durch wechselseifgen Ausschluss - Peterson s Lösung - HW- Lösung mit atomarer OperaFon - AkFves und Passives Warten - Das Erzeuger- Verbraucher- Problem - Semaphore - Lösung des E/V- Problems mit Semaphoren - Mutexe Scheduling - Scheduling: allgemeine Begriffe - Scheduling- Kriterien - Prozessablaufmuster - Zuteilungsstrategien Folie 6
7 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 7
8 2. Speicherverwaltung Grundlagen - Speicherhierarchien - Speicherverwaltung mit Bitmaps - Speicherverwaltung mit verkepeten Listen Virtuelle Speicher - Virtueller Speicher: MoFvaFon - Virtueller Speicher: Grundbegriffe - MMU Adressumsetzung - Page Fault - Seitentabellen - Paging: Beschleunigung - TLB (TranslaFon Look- Aside Buffer) - Mehrstufige Seitentabellen - InverFerte Seitentabellen Der Paging Prozess - Paging: Aufgaben des Betriebssystems - Hintergrundspeicher (Swap- Speicher) Folie 8
9 2. Speicherverwaltung Seitenersetzungsalgorithmen - OpFmale Algorithmus - Not- Recently- Used - First- In- First- Out - Second- Chance - Clock- Algorithmus - Least- Recently- Used - Aging Algorithmus - Working- Set Algorithmen - ImplemenFerungsaspekte SegmenDerung - SegmenFerung des virtuellen Adressraums - SegmenFerung beim PenFum Folie 9
10 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 10
11 3. Dateisysteme Grundlagen - Dateien - Dateinamen - Dateitypen - DateiaPribute - Verzeichnishierarchien Layout von Dateisystemen - Dateisystem Layout - ParFFonen - Zusammenhängende Belegung - Belegung durch verkepete Listen - FAT (File AllocaFon Table) - I- Nodes - Caching Folie 11
12 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 12
13 4. Eingabe und Ausgabe Grundlagen - Ein- /Ausgabegeräte KlassifikaFon - Ein- /Ausgabeport Nummern - Memory Mapped Ein- /Ausgabe Interrupts - Interrupts - Präzise und Unpräzise Interrupts Gerätetreiber - Gerätetreiber Folie 13
14 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 14
15 5. VerDefung am Beispiel von Linux Einleitung - Geschichte - Linux SchniPstellen - Linux Kernstruktur Prozesse und Threads in Linux - Prozesse in Linux - Prozesserzeugung mit f o r k - Threads in Linux - Der System Call c l o n e - Scheduling und Prioritätenklassen - Die Linux Run- Queue - StaFsche und Dynamische Prioritäten Signale und Pipes in Linux - Signale in Linux - Der Signal System Call - Signalgruppen und SignalfunkFonen - (namenlose) Pipes - Benannte Pipes (FIFOs) Folie 15
16 5. VerDefung am Beispiel von Linux Linux Bootvorgang - Phase 1: HW- Boot - Phase 2: Bootcode - Phase 3: Start des Kernels - Phase 4: init- Prozess - Phase 5: Bootskripte Linux Speicherverwaltung - Speicherverwaltung in Linux - Segmente in Linux - Memory- mapped Dateien - Systemaufrufe zur Speicherverwaltung - ImplemenFerung der Speicherverwaltung - Verwaltung des physischen Speichers - Seitendeskriptoren - Zonendeskriptoren - Knotendeskriptoren - Verwaltung des virtuellen Speichers - vm_area_struct Einträge - Paging in Linux - Der Seitenersetzungsalgorithmus Folie 16
17 5. VerDefung am Beispiel von Linux Linux Dateisysteme - Dateien - Links - Zeichen- und Blockdateien - Mounten von Dateisystemen - Einige wichfge Verzeichnisse - Dateisystem Systemaufrufe - Das VFS von Linux - Das ext2- Dateisystem - Zugriff auf eine Datei - Aunau einer Verzeichnisdatei - Das Öffnen einer Datei - I- Node Struktur - Filedeskriptoren - Open File DescripFon Table - Journaling Dateisysteme - ext3, ext4 und ReiserFS - Das /proc- Dateisystem - NFS (Network File System) Folie 17
18 5. VerDefung am Beispiel von Linux Ein- /Ausgabe in Linux - ImplemenFerung der Ein- /Ausgabe - Spezialdateien - Blockdateien - Zeichendateien - Hauptgeräte- und Nebengerätenummer - Gerätetreiber und FunkFonsprinzip - Linux Kernmodule - Beispiel NetzwerkimplemenFerung - Sockets - Socket- Typen Sicherheit in Linux - Benutzer (UID und GID) - Schutzrechte - SETUID- Bit - Sicherheits- Systemaufrufe - Erweiterte Schutzrechte - Beispiel: login- Prozess - Access Control Lists Folie 18
19 Betriebssysteme I - Inhalt 0. Einführung, Geschichte und Überblick 1. Prozesse und Threads (die AbstrakFon der CPU) 2. Speicherverwaltung (die AbstrakFon des Arbeitsspeichers) 3. Dateisysteme (die AbstrakFon der PlaPe) 4. Eingabe und Ausgabe 5. VerFefung am Beispiel von Linux 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Folie 19
20 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Virtuelle Maschinen Einführung - VM/370 - MoFvaFon und Prinzip - Anwendungsfall Web- HosFng Virtualisierungsansätze - Typ- 1 Hypervisor - Typ- 2 Hypervisor - Paravirtualisierung Kosten und Risiken der Virtualisierung - Grundlegende Überlegungen Folie 20
21 6. Virtuelle Maschinen und Verteilte Systeme Verteilte Systeme Einführung - Begriffsklärung Netzwerke - Referenzmodelle - Ethernet - Internet - Netzwerkdienste - Netzwerkprotokolle Middleware - WWW - Globales Dateisystem - CORBA - Linda - Publish / Subscribe - Jini - Grid Systeme Folie 21
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