Moderne Betriebssysteme. 4., aktualisierte Aulage. Andrew S. Tanenbaum Herbert Bos

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2 Moderne Betriebssysteme 4., aktualisierte Aulage Andrew S. Tanenbaum Herbert Bos

3 Moderne Betriebssysteme - PDF Inhaltsverzeichnis Moderne Betriebssysteme Impressum Inhaltsübersicht Vorwort 21 Kapitel 1 - Einführung 27 Kapitel 2 - Prozesse und Threads 125 Kapitel 3 - Speicherverwaltung 237 Kapitel 4 - Dateisysteme 329 Kapitel 5 - Eingabe und Ausgabe 415 Kapitel 6 - Deadlocks 531 Kapitel 7 - Virtualisierung und die Cloud 573 Kapitel 8 - Multiprozessorsysteme 627 Kapitel 9 - IT-Sicherheit 715 Kapitel 10 - Fallstudie 1: Linux 855 Kapitel 11 - Fallstudie 2: Windows Kapitel 12 - Entwurf von Betriebssystemen 1161 Bibliografie 1221 Namensregister 1265 Register 1267 Inhaltsverzeichnis Vorwort 21 Kapitel 1 - Einführung Was ist ein Betriebssystem? Das Betriebssystem als eine erweiterte Maschine Das Betriebssystem als Ressourcenverwalter Geschichte der Betriebssysteme Die erste Generation ( ) auf Basis von Elektronenröhren Die zweite Generation ( ) Transistoren und Stapelverarbeitungssysteme Die dritte Generation ( ) integrierte Schaltkreise und Multiprogrammierung Die vierte Generation (1980 bis heute) der PC Die fünfte Generation (1990 bis heute) mobile Computer Überblick über die Computerhardware Prozessoren Arbeitsspeicher Festplatten Ein-/Ausgabegeräte Bussysteme 63

4 1.3.6 Hochfahren des Computers Die Betriebssystemfamilie Betriebssysteme für Großrechner Betriebssysteme für Server Betriebssysteme für Multiprozessorsysteme Betriebssysteme für PCs Betriebssysteme für Handheld-Computer Betriebssysteme für eingebettete Systeme Betriebssysteme für Sensorknoten Echtzeitbetriebssysteme Betriebssysteme für Smartcards Betriebssystemkonzepte Prozesse Adressräume Dateien Ein- und Ausgabe Datenschutz und Datensicherheit Die Shell Die Ontogenese rekapituliert die Phylogenese Systemaufrufe Systemaufrufe zur Prozessverwaltung Systemaufrufe zur Dateiverwaltung Systemaufrufe zur Verzeichnisverwaltung Sonstige Systemaufrufe Die Win32-Programmierschnittstelle (API) unter Windows Betriebssystemstrukturen Monolithische Systeme Geschichtete Systeme Mikrokerne Das Client-Server-Modell Virtuelle Maschinen Exokerne Die Welt aus der Sicht von C Die Programmiersprache C Header-Dateien Große Programmierprojekte Das Laufzeitmodell Forschung im Bereich der Betriebssysteme Überblick über das Buch Metrische Einheiten 117 Kapitel 2 - Prozesse und Threads Prozesse Das Prozessmodell Prozesserzeugung Prozessbeendigung Prozesshierarchien 133

5 2.1.5 Prozesszustände Implementierung von Prozessen Modellierung der Multiprogrammierung Threads Der Gebrauch von Threads Das klassische Thread-Modell POSIX-Threads Implementierung von Threads im Benutzeradressraum Implementierung von Threads im Kern Hybride Implementierungen Scheduler-Aktivierungen Pop-up-Threads Einfachthread-Code in Multithread-Code umwandeln Interprozesskommunikation Race Conditions Kritische Regionen Wechselseitiger Ausschluss mit aktivem Warten Sleep und Wakeup Semaphor Mutex Monitor Nachrichtenaustausch Barrieren Sperren vermeiden: das Read-Copy-Update-Schema Scheduling Einführung in das Scheduling Scheduling in Stapelverarbeitungssystemen Scheduling in interaktiven Systemen Scheduling in Echtzeitsystemen Strategie versus Mechanismus Thread-Scheduling Klassische Probleme der Interprozesskommunikation Das Philosophenproblem Das Leser-Schreiber-Problem Forschung zu Prozessen und Threads 224 Kapitel 3 - Speicherverwaltung Systeme ohne Speicherabstraktion Speicherabstraktion: Adressräume Das Konzept des Adressraums Swapping Verwaltung von freiem Speicher Virtueller Speicher Paging Seitentabellen Beschleunigung des Paging Seitentabellen für große Speicherbereiche 263

6 3.4 Seitenersetzungsalgorithmen Der optimale Algorithmus zur Seitenersetzung Der Not-Recently-Used-Algorithmus (NRU) Der First-In-First-Out-Algorithmus (FIFO) Der Second-Chance-Algorithmus Der Clock-Algorithmus Der Least-Recently-Used-Algorithmus (LRU) Simulation von LRU durch Software Der Working-Set-Algorithmus Der WSClock-Algorithmus Zusammenfassung der Seitenersetzungsstrategien Entwurfskriterien für Paging-Systeme Lokale versus globale Zuteilungsstrategien Lastkontrolle Seitengröße Trennung von Befehls- und Datenräumen Gemeinsame Seiten Gemeinsame Bibliotheken Memory-Mapped-Dateien Bereinigungsstrategien Schnittstelle des virtuellen Speichersystems Implementierungsaspekte Aufgaben des Betriebssystems beim Paging Behandlung von Seitenfehlern Sicherung von unterbrochenen Befehlen Sperren von Seiten im Speicher Hintergrundspeicher Trennung von Strategie und Mechanismus Segmentierung Implementierung von Segmentierung Segmentierung mit Paging: MULTICS Segmentierung mit Paging: x86 von Intel Forschung zur Speicherverwaltung 314 Kapitel 4 - Dateisysteme Dateien Benennung von Dateien Dateistruktur Dateitypen Dateizugriff Dateiattribute Dateioperationen Beispielprogramm mit Aufrufen zum Dateisystem Verzeichnisse Verzeichnissysteme mit einer Ebene Hierarchische Verzeichnissysteme Pfadnamen 346

7 4.2.4 Operationen auf Verzeichnissen Implementierung von Dateisystemen Layout eines Dateisystems Implementierung von Dateien Implementierung von Verzeichnissen Gemeinsam benutzte Dateien Log-basierte Dateisysteme Journaling-Dateisysteme Virtuelle Dateisysteme Dateisystemverwaltung und -optimierung Plattenspeicherverwaltung Sicherung von Dateisystemen Konsistenz eines Dateisystems Performanz eines Dateisystems Defragmentierung von Plattenspeicher Beispiele von Dateisystemen Das MS-DOS-Dateisystem Das UNIX-V7-Dateisystem CD-ROM-Dateisysteme Forschung zu Dateisystemen 407 Kapitel 5 - Eingabe und Ausgabe Grundlagen der Ein-/Ausgabehardware Ein-/Ausgabegeräte Controller Memory-Mapped-Ein-/Ausgabe Direct Memory Access Interrupts Grundlagen der Ein-/Ausgabesoftware Ziele von Ein-/Ausgabesoftware Programmierte Ein-/Ausgabe Interruptgesteuerte Ein-/Ausgabe Ein-/Ausgabe mit DMA Schichten der Ein-/Ausgabesoftware Unterbrechungsroutinen Gerätetreiber Geräteunabhängige Ein-/Ausgabesoftware Ein-/Ausgabesoftware im Benutzeradressraum Plattenspeicher Hardware von Plattenspeichern Formatierung von Plattenspeichern Strategien zur Steuerung des Plattenarms Fehlerbehandlung Zuverlässiger Speicher Uhren Hardwareuhren Softwareuhren 477

8 5.5.3 Soft-Timer Benutzungsschnittstellen: Tastatur, Maus, Bildschirm Eingabesoftware Ausgabesoftware Thin Clients Energieverwaltung Hardwareaspekte Betriebssystemaspekte Energieverwaltung und Anwendungsprogramme Forschung im Bereich Ein-/Ausgabe 518 Kapitel 6 - Deadlocks Ressourcen Unterbrechbare und nicht unterbrechbare Ressourcen Ressourcenanforderung Einführung in Deadlocks Voraussetzungen für Ressourcen-Deadlocks Modellierung von Deadlocks Der Vogel-Strauß-Algorithmus Erkennen und Beheben von Deadlocks Deadlock-Erkennung bei einer Ressource je Typ Deadlock-Erkennung bei mehreren Ressourcen je Typ Beheben von Deadlocks Verhinderung von Deadlocks (Avoidance) Ressourcenspuren Sichere und unsichere Zustände Der Bankier-Algorithmus für eine einzelne Ressource Der Bankier-Algorithmus für mehrere Ressourcen Vermeidung von Deadlocks (Prevention) Unterlaufen der Bedingung des wechselseitigen Ausschlusses Unterlaufen der Hold-and-Wait-Bedingung Unterlaufen der Bedingung der Ununterbrechbarkeit Unterlaufen der zyklischen Wartebedingung Weitere Themen zu Deadlocks Zwei-Phasen-Sperren Kommunikationsdeadlocks Livelock Verhungern Forschung zu Deadlocks 563 Kapitel 7 - Virtualisierung und die Cloud Geschichte der Virtualisierung Anforderungen für die Virtualisierung Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren Techniken für die effiziente Virtualisierung Das Nichtvirtualisierbare virtualisieren Kosten der Virtualisierung 586

9 7.5 Der Hypervisor: ein idealer Mikrokern? Speichervirtualisierung Ein-/Ausgabevirtualisierung Virtual Appliances Virtuelle Maschinen bei Mehrkernprozessoren Fragen bezüglich der Lizenzierung Clouds Clouds-as-a-Service Migration von virtuellen Maschinen Checkpointing Fallstudie: VMware Die Anfänge von VMware VMware Workstation Aufgaben bei der Virtualisierungseinführung im x VMware Workstation: Überblick über die Lösungen Die Weiterentwicklung von VMware Workstation ESX Server: Typ-1-Hypervisor von VMware Forschung zu Virtualisierung und der Cloud 622 Kapitel 8 - Multiprozessorsysteme Multiprozessoren Hardware von Multiprozessoren Betriebssystemarten für Multiprozessoren Synchronisation in Multiprozessorsystemen Multiprozessor-Scheduling Multicomputer Hardware von Multicomputern Low-Level-Kommunikationssoftware Kommunikationssoftware auf Benutzerebene Entfernter Prozeduraufruf (RPC) Distributed Shared Memory Multicomputer-Scheduling Lastausgleich Verteilte Systeme Netzwerkhardware Netzwerkdienste und -protokolle Dokumentenbasierte Middleware Dateisystembasierte Middleware Objektbasierte Middleware Koordinationsbasierte Middleware Forschung zu Multiprozessorsystemen 705 Kapitel 9 - IT-Sicherheit Die Sicherheitsumgebung Bedrohungen Angreifer Betriebssystemsicherheit 723

10 9.2.1 Können wir sichere Systeme bauen? Trusted Computing Base Zugriff auf Ressourcen steuern Schutzdomänen Zugriffskontrolllisten Capabilities Formale Modelle von sicheren Systemen Multilevel-Sicherheit Verdeckte Kanäle Grundlagen der Kryptografie Symmetrische Kryptografie Public-Key-Kryptografie Einwegfunktionen Digitale Signaturen Trusted Platform Module (TPM) Authentifizierung Authentifizierung durch Besitz Biometrische Authentifizierung Ausnutzen von Sicherheitslücken Pufferüberlaufangriffe Formatstring-Angriffe Hängende Zeiger NULL-Zeiger-Derefenzierungsangriff Angriffe durch Ganzzahlüberlauf Angriffe durch Kommando-Injektion Time-of-Check-to-Time-of-Use-Angriff Insider-Angriffe Logische Bomben Hintertüren Login-Spoofing Malware Trojanische Pferde Viren Würmer Spyware Rootkits Abwehrmechanismen Firewalls Antiviren- und Anti-Antivirentechniken Codesignierung Jailing Modellbasierte Angriffserkennung Kapselung von mobilem Code Java-Sicherheit Forschung zum Thema IT-Sicherheit 842 Kapitel 10 - Fallstudie 1: Linux 855

11 10.1 Die Geschichte von UNIX und Linux UNICS PDP-11-UNIX Portable UNIX-Varianten Berkeley-UNIX Standard-UNIX MINIX Linux Überblick über Linux Ziele von Linux Schnittstellen zu Linux Die Shell Hilfsprogramme unter Linux Kernstruktur Prozesse in Linux Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Prozessverwaltung in Linux Implementierung von Prozessen und Threads in Linux Scheduling in Linux Starten von Linux Speicherverwaltung in Linux Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Speicherverwaltung in Linux Implementierung der Speicherverwaltung in Linux Paging in Linux Ein-/Ausgabe in Linux Grundlegende Konzepte Netzwerkimplementierung Systemaufrufe zur Ein-/Ausgabe in Linux Implementierung der Ein-/Ausgabe in Linux Linux-Kernmodule Das Linux-Dateisystem Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Dateiverwaltung in Linux Implementierung des Linux-Dateisystems NFS das Netzwerkdateisystem Sicherheit in Linux Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zu Sicherheitsfunktionen in Linux Implementierung von Sicherheitsfunktionen in Linux Android Android und Google Geschichte von Android Entwurfsziele Architektur von Android Linux-Erweiterungen Dalvik 969

12 Interprozesskommunikation mit Binder Android-Anwendungen Intents Sandboxen in Anwendungen Sicherheit Prozessmodell 1001 Kapitel 11 - Fallstudie 2: Windows Die Geschichte von Windows bis Windows Die 1980er: MS-DOS Die 1990er: MS-DOS-basiertes Windows Die 2000er: NT-basiertes Windows Windows Vista Die 2010er: Modern Windows Programmierung von Windows Die native NT-Programmierschnittstelle Die Win32-Programmierschnittstelle Die Windows-Registrierungsdatenbank Systemstruktur Betriebssystemstruktur Starten von Windows Implementierung des Objekt-Managers Subsysteme, DLLs und Dienste im Benutzermodus Prozesse und Threads in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe zur Job-, Prozess-, Thread- und Fiberverwaltung Implementierung von Prozessen und Threads Speicherverwaltung Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Speicherverwaltung Implementierung der Speicherverwaltung Caching in Windows Ein-/Ausgabe in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe für die Ein-/Ausgabe Implementierung der Ein-/Ausgabe Das Windows-NT-Dateisystem Grundlegende Konzepte Implementierung des NT-Dateisystems Energieverwaltung in Windows IT-Sicherheit in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe zu Sicherheitsfunktionen Implementierung von Sicherheitsfunktionen Mitigation in der IT-Sicherheit 1150 Kapitel 12 - Entwurf von Betriebssystemen 1161

13 12.1 Das Problem des Entwurfs Ziele Warum ist es schwierig, ein Betriebssystem zu entwerfen? Schnittstellenentwurf Leitlinien Paradigmen Die Systemaufrufschnittstelle Implementierung Systemstruktur Mechanismus versus Strategie Orthogonalität Namensräume Zeitpunkt des Bindens Statische versus dynamische Strukturen Top-down- versus Bottom-up-Implementierung Synchrone versus asynchrone Kommunikation Nützliche Techniken Performanz Warum sind Betriebssysteme langsam? Was sollte verbessert werden? Der Zielkonflikt zwischen Laufzeit und Speicherplatz Caching Hints Ausnutzen der Lokalität Optimieren des Normalfalls Projektverwaltung Der Mythos vom Mann-Monat Teamstruktur Die Bedeutung der Erfahrung No Silver Bullet Trends beim Entwurf von Betriebssystemen Virtualisierung und die Cloud Vielkern-Prozessoren Betriebssysteme mit großem Adressraum Nahtloser Datenzugriff Batteriebetriebene Computer Eingebettete Systeme 1214 Bibliografie Empfehlungen für weiterführende Literatur Einführung Prozesse und Threads Speicherverwaltung Dateisysteme Ein- und Ausgabe Deadlocks Virtualisierung und die Cloud 1226

14 Multiprozessorsysteme IT-Sicherheit Fallstudie 1: UNIX, Linux und Android Fallstudie 2: Windows Betriebssystementwurf Alphabetische Literaturliste 1232 Namensregister 1265 Register 1267 Vorwort Handhabung des Buchs Webseite zum Buch Danksagungen Über die Autoren Vorwort zur deutschen Ausgabe Kapitel 1 - Einführung 1.1 Was ist ein Betriebssystem? Das Betriebssystem als eine erweiterte Maschine Das Betriebssystem als Ressourcenverwalter 1.2 Geschichte der Betriebssysteme Die erste Generation ( ) auf Basis von Elektronenröhren Die zweite Generation ( ) Transistoren und Stapelverarbeitungssysteme Die dritte Generation ( ) integrierte Schaltkreise und Multiprogrammierung Die vierte Generation (1980 bis heute) der PC Die fünfte Generation (1990 bis heute) mobile Computer 1.3 Überblick über die Computerhardware Prozessoren Arbeitsspeicher Festplatten Ein-/Ausgabegeräte Bussysteme Hochfahren des Computers 1.4 Die Betriebssystemfamilie Betriebssysteme für Großrechner Betriebssysteme für Server Betriebssysteme für Multiprozessorsysteme Betriebssysteme für PCs Betriebssysteme für Handheld-Computer Betriebssysteme für eingebettete Systeme Betriebssysteme für Sensorknoten

15 1.4.8 Echtzeitbetriebssysteme Betriebssysteme für Smartcards 1.5 Betriebssystemkonzepte Prozesse Adressräume Dateien Ein- und Ausgabe Datenschutz und Datensicherheit Die Shell Die Ontogenese rekapituliert die Phylogenese 1.6 Systemaufrufe Systemaufrufe zur Prozessverwaltung Systemaufrufe zur Dateiverwaltung Systemaufrufe zur Verzeichnisverwaltung Sonstige Systemaufrufe Die Win32-Programmierschnittstelle (API) unter Windows 1.7 Betriebssystemstrukturen Monolithische Systeme Geschichtete Systeme Mikrokerne Das Client-Server-Modell Virtuelle Maschinen Exokerne 1.8 Die Welt aus der Sicht von C Die Programmiersprache C Header-Dateien Große Programmierprojekte Das Laufzeitmodell 1.9 Forschung im Bereich der Betriebssysteme 1.10 Überblick über das Buch 1.11 Metrische Einheiten Zusammenfassung Übungen Kapitel 2 - Prozesse und Threads 2.1 Prozesse Das Prozessmodell Prozesserzeugung Prozessbeendigung Prozesshierarchien Prozesszustände

16 2.1.6 Implementierung von Prozessen Modellierung der Multiprogrammierung 2.2 Threads Der Gebrauch von Threads Das klassische Thread-Modell POSIX-Threads Implementierung von Threads im Benutzeradressraum Implementierung von Threads im Kern Hybride Implementierungen Scheduler-Aktivierungen Pop-up-Threads Einfachthread-Code in Multithread-Code umwandeln 2.3 Interprozesskommunikation Race Conditions Kritische Regionen Wechselseitiger Ausschluss mit aktivem Warten Sleep und Wakeup Semaphor Mutex Monitor Nachrichtenaustausch Barrieren Sperren vermeiden: das Read-Copy-Update-Schema 2.4 Scheduling Einführung in das Scheduling Scheduling in Stapelverarbeitungssystemen Scheduling in interaktiven Systemen Scheduling in Echtzeitsystemen Strategie versus Mechanismus Thread-Scheduling 2.5 Klassische Probleme der Interprozesskommunikation Das Philosophenproblem Das Leser-Schreiber-Problem 2.6 Forschung zu Prozessen und Threads Zusammenfassung Übungen Kapitel 3 - Speicherverwaltung 3.1 Systeme ohne Speicherabstraktion 3.2 Speicherabstraktion: Adressräume Das Konzept des Adressraums Swapping

17 3.2.3 Verwaltung von freiem Speicher 3.3 Virtueller Speicher Paging Seitentabellen Beschleunigung des Paging Seitentabellen für große Speicherbereiche 3.4 Seitenersetzungsalgorithmen Der optimale Algorithmus zur Seitenersetzung Der Not-Recently-Used-Algorithmus (NRU) Der First-In-First-Out-Algorithmus (FIFO) Der Second-Chance-Algorithmus Der Clock-Algorithmus Der Least-Recently-Used-Algorithmus (LRU) Simulation von LRU durch Software Der Working-Set-Algorithmus Der WSClock-Algorithmus Zusammenfassung der Seitenersetzungsstrategien 3.5 Entwurfskriterien für Paging-Systeme Lokale versus globale Zuteilungsstrategien Lastkontrolle Seitengröße Trennung von Befehls- und Datenräumen Gemeinsame Seiten Gemeinsame Bibliotheken Memory-Mapped-Dateien Bereinigungsstrategien Schnittstelle des virtuellen Speichersystems 3.6 Implementierungsaspekte Aufgaben des Betriebssystems beim Paging Behandlung von Seitenfehlern Sicherung von unterbrochenen Befehlen Sperren von Seiten im Speicher Hintergrundspeicher Trennung von Strategie und Mechanismus 3.7 Segmentierung Implementierung von Segmentierung Segmentierung mit Paging: MULTICS Segmentierung mit Paging: x86 von Intel 3.8 Forschung zur Speicherverwaltung Zusammenfassung Übungen

18 Kapitel 4 - Dateisysteme 4.1 Dateien Inhaltsverzeichnis Benennung von Dateien Dateistruktur Dateitypen Dateizugriff Dateiattribute Dateioperationen Beispielprogramm mit Aufrufen zum Dateisystem 4.2 Verzeichnisse Verzeichnissysteme mit einer Ebene Hierarchische Verzeichnissysteme Pfadnamen Operationen auf Verzeichnissen 4.3 Implementierung von Dateisystemen Layout eines Dateisystems Implementierung von Dateien Implementierung von Verzeichnissen Gemeinsam benutzte Dateien Log-basierte Dateisysteme Journaling-Dateisysteme Virtuelle Dateisysteme 4.4 Dateisystemverwaltung und -optimierung Plattenspeicherverwaltung Sicherung von Dateisystemen Konsistenz eines Dateisystems Performanz eines Dateisystems Defragmentierung von Plattenspeicher 4.5 Beispiele von Dateisystemen Das MS-DOS-Dateisystem Das UNIX-V7-Dateisystem CD-ROM-Dateisysteme 4.6 Forschung zu Dateisystemen Zusammenfassung Übungen Kapitel 5 - Eingabe und Ausgabe 5.1 Grundlagen der Ein-/Ausgabehardware Ein-/Ausgabegeräte Controller Memory-Mapped-Ein-/Ausgabe

19 5.1.4 Direct Memory Access Interrupts 5.2 Grundlagen der Ein-/Ausgabesoftware Ziele von Ein-/Ausgabesoftware Programmierte Ein-/Ausgabe Interruptgesteuerte Ein-/Ausgabe Ein-/Ausgabe mit DMA 5.3 Schichten der Ein-/Ausgabesoftware Unterbrechungsroutinen Gerätetreiber Geräteunabhängige Ein-/Ausgabesoftware Ein-/Ausgabesoftware im Benutzeradressraum 5.4 Plattenspeicher Hardware von Plattenspeichern Formatierung von Plattenspeichern Strategien zur Steuerung des Plattenarms Fehlerbehandlung Zuverlässiger Speicher 5.5 Uhren Hardwareuhren Softwareuhren Soft-Timer 5.6 Benutzungsschnittstellen: Tastatur, Maus, Bildschirm Eingabesoftware Ausgabesoftware 5.7 Thin Clients 5.8 Energieverwaltung Hardwareaspekte Betriebssystemaspekte Energieverwaltung und Anwendungsprogramme 5.9 Forschung im Bereich Ein-/Ausgabe Zusammenfassung Übungen Kapitel 6 - Deadlocks 6.1 Ressourcen Unterbrechbare und nicht unterbrechbare Ressourcen Ressourcenanforderung 6.2 Einführung in Deadlocks Definition: Deadlock Voraussetzungen für Ressourcen-Deadlocks

20 6.2.2 Modellierung von Deadlocks 6.3 Der Vogel-Strauß-Algorithmus 6.4 Erkennen und Beheben von Deadlocks Deadlock-Erkennung bei einer Ressource je Typ Deadlock-Erkennung bei mehreren Ressourcen je Typ Beheben von Deadlocks 6.5 Verhinderung von Deadlocks (Avoidance) Ressourcenspuren Sichere und unsichere Zustände Der Bankier-Algorithmus für eine einzelne Ressource Der Bankier-Algorithmus für mehrere Ressourcen 6.6 Vermeidung von Deadlocks (Prevention) Unterlaufen der Bedingung des wechselseitigen Ausschlusses Unterlaufen der Hold-and-Wait-Bedingung Unterlaufen der Bedingung der Ununterbrechbarkeit Unterlaufen der zyklischen Wartebedingung 6.7 Weitere Themen zu Deadlocks Zwei-Phasen-Sperren Kommunikationsdeadlocks Livelock Verhungern 6.8 Forschung zu Deadlocks Zusammenfassung Übungen Kapitel 7 - Virtualisierung und die Cloud 7.1 Geschichte der Virtualisierung 7.2 Anforderungen für die Virtualisierung 7.3 Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren 7.4 Techniken für die effiziente Virtualisierung Das Nichtvirtualisierbare virtualisieren Kosten der Virtualisierung 7.5 Der Hypervisor: ein idealer Mikrokern? 7.6 Speichervirtualisierung 7.7 Ein-/Ausgabevirtualisierung 7.8 Virtual Appliances 7.9 Virtuelle Maschinen bei Mehrkernprozessoren 7.10 Fragen bezüglich der Lizenzierung 7.11 Clouds Clouds-as-a-Service Migration von virtuellen Maschinen Checkpointing 7.12 Fallstudie: VMware

21 Die Anfänge von VMware VMware Workstation Aufgaben bei der Virtualisierungseinführung im x VMware Workstation: Überblick über die Lösungen Die Weiterentwicklung von VMware Workstation ESX Server: Typ-1-Hypervisor von VMware 7.13 Forschung zu Virtualisierung und der Cloud Übungen Kapitel 8 - Multiprozessorsysteme 8.1 Multiprozessoren Hardware von Multiprozessoren Betriebssystemarten für Multiprozessoren Synchronisation in Multiprozessorsystemen Multiprozessor-Scheduling 8.2 Multicomputer Hardware von Multicomputern Low-Level-Kommunikationssoftware Kommunikationssoftware auf Benutzerebene Entfernter Prozeduraufruf (RPC) Distributed Shared Memory Multicomputer-Scheduling Lastausgleich 8.3 Verteilte Systeme Netzwerkhardware Netzwerkdienste und -protokolle Dokumentenbasierte Middleware Dateisystembasierte Middleware Objektbasierte Middleware Koordinationsbasierte Middleware 8.4 Forschung zu Multiprozessorsystemen Zusammenfassung Übungen Kapitel 9 - IT-Sicherheit 9.1 Die Sicherheitsumgebung Bedrohungen Angreifer 9.2 Betriebssystemsicherheit Können wir sichere Systeme bauen? Trusted Computing Base 9.3 Zugriff auf Ressourcen steuern

22 9.3.1 Schutzdomänen Zugriffskontrolllisten Capabilities 9.4 Formale Modelle von sicheren Systemen Multilevel-Sicherheit Verdeckte Kanäle 9.5 Grundlagen der Kryptografie Symmetrische Kryptografie Public-Key-Kryptografie Einwegfunktionen Digitale Signaturen Trusted Platform Module (TPM) 9.6 Authentifizierung Authentifizierung durch Besitz Biometrische Authentifizierung 9.7 Ausnutzen von Sicherheitslücken Pufferüberlaufangriffe Formatstring-Angriffe Hängende Zeiger NULL-Zeiger-Derefenzierungsangriff Angriffe durch Ganzzahlüberlauf Angriffe durch Kommando-Injektion Time-of-Check-to-Time-of-Use-Angriff 9.8 Insider-Angriffe Logische Bomben Hintertüren Login-Spoofing 9.9 Malware Trojanische Pferde Viren Würmer Spyware Rootkits 9.10 Abwehrmechanismen Firewalls Antiviren- und Anti-Antivirentechniken Codesignierung Jailing Modellbasierte Angriffserkennung Kapselung von mobilem Code Java-Sicherheit

23 9.11 Forschung zum Thema IT-Sicherheit Zusammenfassung Übungen Kapitel 10 - Fallstudie 1: Linux 10.1 Die Geschichte von UNIX und Linux UNICS PDP-11-UNIX Portable UNIX-Varianten Berkeley-UNIX Standard-UNIX MINIX Linux 10.2 Überblick über Linux Ziele von Linux Schnittstellen zu Linux Die Shell Hilfsprogramme unter Linux Kernstruktur 10.3 Prozesse in Linux Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Prozessverwaltung in Linux Implementierung von Prozessen und Threads in Linux Scheduling in Linux Starten von Linux 10.4 Speicherverwaltung in Linux Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Speicherverwaltung in Linux Implementierung der Speicherverwaltung in Linux Paging in Linux 10.5 Ein-/Ausgabe in Linux Grundlegende Konzepte Netzwerkimplementierung Systemaufrufe zur Ein-/Ausgabe in Linux Implementierung der Ein-/Ausgabe in Linux Linux-Kernmodule 10.6 Das Linux-Dateisystem Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Dateiverwaltung in Linux Implementierung des Linux-Dateisystems NFS das Netzwerkdateisystem 10.7 Sicherheit in Linux

24 Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zu Sicherheitsfunktionen in Linux Implementierung von Sicherheitsfunktionen in Linux 10.8 Android Android und Google Geschichte von Android Entwurfsziele Architektur von Android Linux-Erweiterungen Dalvik Interprozesskommunikation mit Binder Android-Anwendungen Intents Sandboxen in Anwendungen Sicherheit Prozessmodell Zusammenfassung Übungen Kapitel 11 - Fallstudie 2: Windows Die Geschichte von Windows bis Windows Die 1980er: MS-DOS Die 1990er: MS-DOS-basiertes Windows Die 2000er: NT-basiertes Windows Windows Vista Die 2010er: Modern Windows 11.2 Programmierung von Windows Die native NT-Programmierschnittstelle Die Win32-Programmierschnittstelle Die Windows-Registrierungsdatenbank 11.3 Systemstruktur Betriebssystemstruktur Starten von Windows Implementierung des Objekt-Managers Subsysteme, DLLs und Dienste im Benutzermodus 11.4 Prozesse und Threads in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe zur Job-, Prozess-, Thread- und Fiberverwaltung Implementierung von Prozessen und Threads 11.5 Speicherverwaltung Grundlegende Konzepte Systemaufrufe zur Speicherverwaltung

25 Implementierung der Speicherverwaltung 11.6 Caching in Windows 11.7 Ein-/Ausgabe in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe für die Ein-/Ausgabe Implementierung der Ein-/Ausgabe 11.8 Das Windows-NT-Dateisystem Grundlegende Konzepte Implementierung des NT-Dateisystems 11.9 Energieverwaltung in Windows IT-Sicherheit in Windows Grundlegende Konzepte API-Aufrufe zu Sicherheitsfunktionen Implementierung von Sicherheitsfunktionen Mitigation in der IT-Sicherheit Zusammenfassung Übungen Kapitel 12 - Entwurf von Betriebssystemen 12.1 Das Problem des Entwurfs Ziele Warum ist es schwierig, ein Betriebssystem zu entwerfen? 12.2 Schnittstellenentwurf Leitlinien Paradigmen Die Systemaufrufschnittstelle 12.3 Implementierung Systemstruktur Mechanismus versus Strategie Orthogonalität Namensräume Zeitpunkt des Bindens Statische versus dynamische Strukturen Top-down- versus Bottom-up-Implementierung Synchrone versus asynchrone Kommunikation Nützliche Techniken 12.4 Performanz Warum sind Betriebssysteme langsam? Was sollte verbessert werden? Der Zielkonflikt zwischen Laufzeit und Speicherplatz Caching

26 Hints Ausnutzen der Lokalität Optimieren des Normalfalls 12.5 Projektverwaltung Der Mythos vom Mann-Monat Teamstruktur Die Bedeutung der Erfahrung No Silver Bullet 12.6 Trends beim Entwurf von Betriebssystemen Virtualisierung und die Cloud Vielkern-Prozessoren Betriebssysteme mit großem Adressraum Nahtloser Datenzugriff Batteriebetriebene Computer Eingebettete Systeme Zusammenfassung Übungen Bibliografie 13.1 Empfehlungen für weiterführende Literatur Einführung Prozesse und Threads Speicherverwaltung Dateisysteme Ein- und Ausgabe Deadlocks Virtualisierung und die Cloud Multiprozessorsysteme IT-Sicherheit Fallstudie 1: UNIX, Linux und Android Fallstudie 2: Windows Betriebssystementwurf 13.2 Alphabetische Literaturliste Namensregister Register Fachwörterverzeichnis Copyright Ins Internet: Weitere Infos zum Buch, Downloads, etc.

27 Copyright Daten, Texte, Design und Grafiken dieses ebooks, sowie die eventuell angebotenen ebook-zusatzdaten sind urheberrechtlich geschützt. Dieses ebook stellen wir lediglich als persönliche Einzelplatz-Lizenz zur Verfügung! Jede andere Verwendung dieses ebooks oder zugehöriger Materialien und Informationen, einschließlich der Reproduktion, der Weitergabe, des Weitervertriebs, der Platzierung im Internet, in Intranets, in Extranets, der Veränderung, des Weiterverkaufs und der Veröffentlichung bedarf der schriftlichen Genehmigung des Verlags. Insbesondere ist die Entfernung oder Änderung des vom Verlag vergebenen Passwortschutzes ausdrücklich untersagt! Bei Fragen zu diesem Thema wenden Sie sich bitte an: Zusatzdaten Möglicherweise liegt dem gedruckten Buch eine CD-ROM mit Zusatzdaten bei. Die Zurverfügungstellung dieser Daten auf unseren Websites ist eine freiwillige Leistung des Verlags. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Hinweis Dieses und viele weitere ebooks können Sie rund um die Uhr und legal auf unserer Website herunterladen: