Betriebssysteme Grundlagen und Konzepte

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1 Rüdiger Brause Betriebssysteme Grundlagen und Konzepte Mit 157 Abbildungen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Übersicht Einleitung: Was ist ein Betriebssystem? Betriebssystemschichten Schnittstellen und virtuelle Maschinen Betriebssystemaufbau Systemaufrufe Beispiel UNIX Beispiel Mach Beispiel Windows NT Software-Hardware-Migration Mehrprozessorarchitekturen Aufgaben 15 2 Prozesse Prozeßzustände Beispiel UNIX Beispiel Windows NT Leichtgewichtsprozesse Beispiel UNIX Beispiel Windows NT Aufgaben Prozeßscheduling Zielkonflikte Non-preemptives Scheduling Preemptives Scheduling Multiple Warteschlangen und multiple Scheduler Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Scheduling in Multiprozessorsystemen Stochastische Schedulingmodelle Beispiel UNIX: Scheduling Beispiel: Scheduling in Windows NT Aufgaben 52

3 VHI Inhaltsverzeichnis 2.3 Prozeßsynchronisation Race conditions und kritische Abschnitte Signale, Semaphore und atomare Aktionen Beispiel UNIX: Semaphore Beispiel Windows NT: Semaphore Anwendungen Aufgaben Kritische Bereiche und Monitore Verklemmungen Aufgaben Prozeßkommunikation Kommunikation mit Nachrichten Beispiel UNIX: Interprozeßkommunikation mitpipes Beispiel Windows NT: Interprozeßkommunikation mitpipes Prozeßsynchronisation durch Kommunikation Implizite und explizite Kommunikation Aufgaben zur Prozeßkommunikation Speicherverwaltung Direkte Speicherbelegung Zuordnung durch feste Tabellen Zuordnung durch verzeigerte Listen Belegungsstrategien Aufgaben zur Speicherbelegung Logische Adressierung und virtueller Speicher Speicherprobleme und Lösungen Der virtuelle Speicher Seiten Verwaltung (paging) Prinzip der Adreßkonversion Adreßkonversionsverfahren Gemeinsam genutzter Speicher (shared memory) Virtueller Speicher in UNIX und Windows NT Aufgaben zu virtuellem Speicher Seitenersetzungsstrategien Modellierung und Analyse der Seitenersetzung Beispiel UNIX: Seitenersetzungsstrategien Beispiel Windows NT: Seitenersetzungsstrategien Aufgaben zur Seitenverwaltung Segmentierung Cache 152

4 Inhaltsverzeichnis IX 3.6 Speicherschutzmechanismen Speicherschutz in UNIX Speicherschutz in Windows NT Sicherheitsstufen Dateiverwaltung Dateisysteme Dateinamen Dateitypen und Namensbildung Pfadnamen Beispiel UNIX: Der Namensraum Beispiel Windows NT: Der Namensraum Aufgaben f Dateiattribute und Sicherheitsmechanismen Beispiel UNIX: Zugriffsrechte Beispiel Windows NT: Zugriffsrechte Aufgaben Dateifunktionen Standardfunktionen Beispiel UNIX: Dateizugriffsfunktionen Beispiel Windows NT: Dateizugriffsfunktionen Strukturierte Zugriffsfunktionen Speicherabbildung von Dateien (memory mapped files) Besondere Dateien (special files) Aufgaben Implementierung der Dateiorganisation Kontinuierliche Speicherzuweisung Listenartige Speicherzuweisung Zentrale indexbezogene Speicherzuweisung Verteilte indexbezogene Speicherzuweisung Beispiel UNIX: Implementierung des Dateisystems Beispiel Windows NT: Implementierung des Dateisystems Aufgaben Ein- und Ausgabeverwaltung Die Aufgabenschichtung Beispiel UNIX: I/O-Verarbeitungsschichten Beispiel Windows NT: I/O-Verarbeitungsschichten 202

5 X Inhaltsverzeichnis 5.2 Gerätemodelle Plattenspeicher Multiple Plattenspeicher: RAIDs RAM-Disks Serielle Geräte Modellierung und Implementierung der Treiber Beispiel UNIX: Treiberschnittstelle Beispiel Windows NT: Treiberschnittstelle Optimierungsstrategien für Treiber Schedulingstrategien für Plattenzugriffe Interleaving Pufferung Synchrone und asynchrone Ein- und Ausgabe Aufgaben Netzwerkdienste Der Netzwerkanschluß Die Arbeitsschichten Verteilte Betriebssysteme Kommunikation im Netz Namensgebung im Netz Kommunikationsanschlüsse Aufgaben Dateisysteme im Netz Zugriffssemantik Zustandsbehaftete und zustandslose Server Die Cacheproblematik Implementationskonzepte Sicherheitskonzepte Arbeitsmodelle im Netz Jobmanagement Netzcomputer Sicherheitsmechanismen und Konzepte im Netz Vorgeschichte Eindringen über das Netz Übernahme der Kontrolle auf einem Rechner Fire-wall-Konfigurationen Die Kerberos-Authentifizierung Aufgaben 284

6 Inhaltsverzeichnis XI 7 Benutzeroberflächen Das Design der Benutzeroberfläche Die Struktur der Benutzeroberfläche Eingaben Rastergrafik und Skalierung Fenstersysteme und Displaymanagement Virtuelle Realität Das Management der Benutzeroberfläche Aufgaben Das UNIX-Fenstersystem: Motif und X-Window Das Client-Server-Konzept von X-Window Das Fensterkonzept von X-Window Widgets Ereignisbehandlung Das Fenstersystem von Windows NT Die Grundstruktur Das Konzept der Benutzerschnittstelle Aufgaben 314 Musterlösungen 315 Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Literaturverzeichnis 363 Neuere Betriebssystemlehrbücher 363 Referenzen 364 Abbildungsverzeichnis 367 Index 371