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1 Einleitung 1.1 Aufgaben und Grobstruktur Was ist ein

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1 Einleitung
1.1 Aufgaben und Grobstruktur
Was ist ein Betriebssystem ?
Betriebssystem (Definition nach DIN 44300)
„Die Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der
Rechenanlage die Grundlage der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden und
insbesondere die Ausführung von Programmen steuern und überwachen.“
Aufgaben
• Anpassung der Maschinenwelt an die Benutzerbedürfnisse
• Schaffung der Grundlagen für ein geregeltes Nebeneinander
• Verwaltung von Daten und Programmen
• Effiziente Ausnutzung der Betriebsmittel
• Unterstützung bei Fehlern und Ausfällen
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Grobstruktur eines Betriebssystems
Betriebssystem: Bedienung und Kontrolle
Anwendung
Anwendung
Betriebssystem: Verwaltung und Betrieb
Hardware
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Anwendung
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Systemarchitektur
Komplexe Systeme (in allen Bereichen) setzen sich aus einzelnen Komponenten unterschiedlichen
Typs zusammen.
Für den erfolgreichen Entwurf eines komplexen Systems ist daher die Kenntnis der diversen
Varianten der Komponenten und ihrer Wechselwirkungen von Bedeutung.
Beispiele
Hausbau (10 000 Jahre Erfahrung)
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Wände
Säulen
Dächer
Decken
Treppen
Türen
Fenster
Material
Form
Tragfähigkeit
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Elektrotechnik (ca. 100 Jahre Erfahrung)
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Widerstand
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Spule
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Kondensator
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Dioden
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Röhren
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Transistoren
Betriebssysteme (ca. 40 Jahre Erfahrung)
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Prozesse
Signale
Adreßräume
Kanäle
Unterbrechungen
Treiber
Dateien
Kapazität
Synchronisation
Übergabeart
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1.2 Historischer Abriss
Die Fünfziger (Erste Anfänge)
• Ein Programm wird von einem Prozessor abgearbeitet
• Stapel-Verarbeitung (Batch-Betrieb)
Die Betriebssystemfunktion beschränkt sich auf
• Unterstützung bei der Ein-/Ausgabe
• Umwandlung von Zahl- und Zeichendarstellungen
Die Sechziger (Virtualisierung)
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Verhältnis von CPU- und E/A-Rate wird eklatant
BS unterstützen die verzahnte Ausführung unabhängiger Programme (Multiprogramming)
Echte Parallelität durch Aufkommen von E/A-Prozessoren
Der Begriff des Prozesses als virtueller Prozessor wird geboren
Auch der Speicher wird „virtualisiert“ (virtueller Speicher)
Der Prozess wird auch internes Strukturierungsmittel für BS
Interaktiver Betrieb durch mehrere Benutzer (Timesharing)
Prototypen bzw. Vorläufer heutiger Großrechner-BS entstehen
(OS/360, CTSS/Multics, CP67, VMOS/BS2000)
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Die Siebziger (Software Engineering)
• Beginnende Software-Krise: BS werden groß, komplex und fehlerbehaftet
• Unix entsteht nach dem Prinzip „simple is beautiful“ auf einfacher Hardware (PDP-11)
• Die Forderung nach strukturiertem Systementwurf, nach Wartbarkeit, Zuverlässigkeit,
Schutz und Sicherheit kommt auf
• Einsatz höherer Programmiersprachen für BS-Implementierung
• Prozess wird zur Schutzumgebung (Kontext, domain) mit eigenem, abgeschottetem
Adressraum und Rechten (capabilities)
• Forderung nach Unterstützung von modularer Programmierung, abstrakten Datentypen und
Objektorientierung
• Anwendung dieser Prinzipien auf das Betriebssystem selbst
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Die Achtziger (Verteilte Systeme)
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Aufkommen von Arbeitsplatzrechnern und PCs
Leistungsfähiges Kommunikationsmedium: Ethernet
Vernetzte Systeme
Zur effizienten Implementierung von Kommunikationssoftware für verteilte Systeme
braucht man Prozesse
Prozesse sind mittlerweile komplexe Gebilde:
Ein Umschalten „kostet“ mehrere Tausend Maschinenbefehle
Man trennt Adressraum und Prozess wieder und erlaubt mehrere Prozesse im selben
Adressraum (lightweight process, thread)
Parallelitätskonzepte werden in Programmiersprachen aufgenommen.
Verteiltes (paralleles) Rechnen auf Netzen von Arbeitsplatzrechnern
Unix hat im Arbeitsplatzrechner ein ideales Vehikel zur Verbreitung und wird
zum Quasi-Standard
Notwendigkeit der Integration schafft Standardisierungsdruck
(OSI, TCP/IP, NFS, POSIX, OSF, X/OPEN, OMG, ODP)
BS überwinden Rechnergrenzen: Von der Rechnerkommunikation zum Verbundsystem
(Verteiltes System)
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Neunziger Jahre (Hochparallele Systeme, Multimedia, Interoperabilität)
• Infolge hoher Stückzahlen werden einfache Mikroprozessoren relativ billig.
Zusammenschaltung tausender Mikroprozessoren bringt (rechnerisch) höhere Leistung bei
geringerem Preis als Supercomputer (z.B. Cray)
• Neue BS-Funktionen zur Unterstützung der Parallelverarbeitung
• Multimedia-Anwendungen erfordern Unterstützung von Audio- und Videodaten
(Realzeit-Fähigkeiten)
• Software in eingebetteten Systemen benötigt BS-Unterstützung
• Verteilte Systeme auch in heterogenen Umgebungen (DCE, Corba)
• Emulation anderer BS-Schnittstellen (d.h. mehrere BS-Welten auf demselben Rechner)
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