Betriebssysteme
Betriebssystemkonzepte
Betriebssystemkonzepte
Lösungsmöglichkeiten für das Problem das sich Prozesse den Arbeitsspeicher teilen müssen
- Einteilung in feste Partitionen pro Prozess
- Swapping (kompletter Prozess auslagern)
- Paging (Teile werden augelagert)
Virtueller Arbeitsspeicher!
Virtueller Arbeitsspeicher:
Jeder Prozess erhält 4GB Speicher (vorgetäuscht)
Einteilung in sogenannte Pageframes mit der Größe 4kB (1Mio.)
Virtualle Adressen müssen bei jedem Zugriff in physische Adressen umgerechnet werden
Was ist TLB
= Caching der Pagetabek
Wichtige virtuelle Adressen werden hier in einem Cach gespeichert um das Paging zu beschleunigen!
Binäre Darstellung der Pagetable:
Bild
Informationen zu Seitentabellen.
- Zugriff muss schnell sein
- Können extrem groß werden
- Lösung = Mehrstufige Seitentabellen
Was ist ein Interrupt?
Gerät meldet sich auf einer extra Interrupt-Leitung und gibt Signal zur Übertragung von Dateien.
Zus#tzliche IRQ-Nummer übermittelt damit das richtige UNterprogramm starten kann.
Was ist polling?
CPU prüft dauernd ob das Gerät Daten übertragen kann.
Hohe Abfragerate = Hohe Prozessorlast.
Bei zu geringer Pollingrate können Daten verloren gehen.
Nenne 2 Übertragungsmechanismen:
- Direct Memory Access
- E/A-Portadressen
Was ist Direct Memory Access?
Controller transportiert Daten direkt über den Bus in den Hauptspeicher und informiert mittels Interrupt das OS.
Wie funktionieren E/A-Portadressen?
Spezielle Speicheradressen sind nicht mit dem Speicher verbunden.
CPU greift auf diese Adressen zu und kann dadurch die Daten lesen.
Aufbau einer Festplatte:
Bild:
Was ist die Positionierungszeit?
Zeit die benötigt wird um den Plattenarm zur gewünschten Spur zu bringen.
Was ist Rotationsverzögerung?
Zeit die benötigt wird bis sich die Festplkatte soweit gedreht hat das sich der gesuchte Sektor unter dem Schreib/Leskopf befindet.
\(x = {1 \over 2 x Rotationsgeschwindigkeit}\)
Was ist die Übertragungszeit?
Anzahl der Spuren * Umdrehungszeit
oder
Anzahl der zu übertragenen Bytes / Anzahl der Bytes in einer Spur
Welche Arten von Plattenschedulig gibt es?
- First Come First Served
- Shortest Seek Time First
- Fahrstuhl (Scan)
Was ist das Ziel von RAID ?
Redundante, ausfallsichere und performante Speicherung von Daten.
Daten über Disks verteilen (Parallelverarbeitung)
6 verschiedene Varianten (Levels)
Wie funktioniert RAID Level 0 ?
Virtuelle Festplatte wird in Stripes in Sektoren unterteilt.
Erfolgt nach Round-Robin.
Gut bei großen Dateien
Kein Vorteil bei kleinen
schlechte Zuverlässigkeit
Wie funktioniert RAID Level 1 ?
Spiegelung
Ausfallsicherheit bei CRash einer Disc (max. Ausfallsicherheit)
Lesegeschwindigkeit doppelt so hoch
Schreibgeschwindigkeit normal
Wie funktioniert RAID Level 2?
Jedes Byte wird in 4-Bit-Stücke aufgeteilt + 3 Prüfbits
Wird auf 7 Discs verteilt
Armposition und Platenrotation müssen synchron zueinander arbeiten
Rechenintensiv für Controleler
wird selten benutzt
Was ist RAID Level 5 ?
Verwendet Stripes und verteilt dazwischen Parity-Stripes
eine Disk darf ausfallen
Disks müssen alle gleich groß sein
Ausfallsicherhjeit nicht so groß wie Spiegel
Kann nur schwer erweitert werden
Lesen und schreiben performanter als Einzeldisk
Wie teilt sich die Software eines Rechners auf?
In Anwendungsprogramme, Betriebssystem und Hardwareansteuerung
In welche 2 Bereiche unterteilt man das Betriebsystem?
- Benutzermodus
- Kernmodus
Welche Schnittsttellen hat ein Betriebssystem?
- Benutzerschnittstelle
- Systemschnittstelle
- Hardwareschnittstelle
Aufbau eines Betriebsystems:
Siehe Bild
Welche Aufgaben hat ein Betriebssystem?
- Anwendungsprogramme laden und starten
- Hauptspeicherverwaltung
- Benutzer verwalten
- Hardware ansteuern
- Input/Output verwalten (Netzwerke/GUI...)
- Prozesse verwalten
Welche Aufgaben hat ein Betriebssystem nicht?
- Berechnungen durchführen
- Officeanwendungen
- (Browser)
Was sind Eigenschaften von Betriebssystemen?
- Multitasking/Multi-Processing
- Multiuser
- Multiprozessor
- 32/64Bit
- Echtzeitbetrieb
- Middleware
- Verteilte Systeme
- Virtualisierung
Architektur eines Rechners nach Neumann:
Bild:
Was sagt von Neumann über den Rechner
- Es gibt nur ein Speicher für Daten & Programme
- Prozessor(CPU) enthält Steuer- und Rechenwerk
- Speicher wird über Adressen angesprochen
- CPU verabeitet Daten & Befehle sequentiell
Wie kommunizieren die einzelnen Komponenten?
Über sogenannte Busse.
Eigenschaften eines Busses:
- Adressbus
- Datenbus
- 32bit oder 64bit
Aufbau und Funktion einer CPU
1. Programmcounter +1
2. nächste Befehlsadresse auf den Adressbus
3. über Datenbus in Befehlsregister(IR)
4. Befehl wird analysiert und Signal an ALU
5. Daten werden in Register übertragen
6. ALU rechnet und gibt Ergebnis in ACCU und Statusregister
7. Specihern des ACCU in Register oder Speicher oder Sprunganweisung
Was ist ein Dienst?
- Hintergrundprogramm ohne Bildschirmausgabe
- startet automatisch beim Booten
- läuft auch wenn kein Benutzer angemeldet ist
- Dienste arbeiten mit eigenen Rechten
Wie ist ein Dateisystem aufgebaut?
Hierarchisch!
Wurzelverzeichnis -> Verzeichnis -> einfache Datei
Was ist der absolute Pfad?
Vollständige Beschreibung: Wurzelverzeichnis + Unterverzeichnisse + Dateiname
Was ist ein flaches Dateisystem?
Es gibt keine Unterverzeichnisse!
Was ist Mounten/Einhängen?
Zur Verwaltung kann ein Dateisystem in einem anderen Dateisystem eingehängt werden.
Wo und wie werden lokale Variablen gespeichert?
Auf dem Stack von Oben nach Unten
Wo und wie werden globale Variablen gespeichert?
Auf dem Heap von Unten nach Oben
Unterschied Kernmodus & Benutzermodus
Kernmodus:
Enthält die grundlegenden Verwaltungsoptionen
Benutzermodus:
Bearbeitet benutzernahe Operationen
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- 1 / 57
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Cartes-fiches
Wie werden Prozesse verwaltet?
Prozesstabellen
Prozesskontrollblöcke
Das Thread-Modell
Threads erweitern den Prozess um die Möglichkeit weitere Unterprogramme gleichzeitig in einem Prozess ablaufen zu lassen
Teilen sichdie Ressourcen auch den Adressraum
Wird auch Multithreading genannt
Eigenschaften von Threads und Prozessen
Bild
Sheduling Strategien
- First come first served
- Shortest job first
- Round Robin
- nach Prioritäten
Was ist eine Deadlock
Wenn sich Prozesse gegenseitig blockieren.
Ein Prozess wartet auf ein Ergebnis aus einem anderen Prozess und umgekehrt!
Lösungsmöglichkeiten für das Problem das sich Prozesse den Arbeitsspeicher teilen müssen
- Einteilung in feste Partitionen pro Prozess
- Swapping (kompletter Prozess auslagern)
- Paging (Teile werden augelagert)
Virtueller Arbeitsspeicher!
Virtueller Arbeitsspeicher:
Jeder Prozess erhält 4GB Speicher (vorgetäuscht)
Einteilung in sogenannte Pageframes mit der Größe 4kB (1Mio.)
Virtualle Adressen müssen bei jedem Zugriff in physische Adressen umgerechnet werden
Was ist TLB
= Caching der Pagetabek
Wichtige virtuelle Adressen werden hier in einem Cach gespeichert um das Paging zu beschleunigen!
Binäre Darstellung der Pagetable:
Bild
Informationen zu Seitentabellen.
- Zugriff muss schnell sein
- Können extrem groß werden
- Lösung = Mehrstufige Seitentabellen
Was ist ein Interrupt?
Gerät meldet sich auf einer extra Interrupt-Leitung und gibt Signal zur Übertragung von Dateien.
Zus#tzliche IRQ-Nummer übermittelt damit das richtige UNterprogramm starten kann.
Was ist polling?
CPU prüft dauernd ob das Gerät Daten übertragen kann.
Hohe Abfragerate = Hohe Prozessorlast.
Bei zu geringer Pollingrate können Daten verloren gehen.
Nenne 2 Übertragungsmechanismen:
- Direct Memory Access
- E/A-Portadressen
Was ist Direct Memory Access?
Controller transportiert Daten direkt über den Bus in den Hauptspeicher und informiert mittels Interrupt das OS.
Wie funktionieren E/A-Portadressen?
Spezielle Speicheradressen sind nicht mit dem Speicher verbunden.
CPU greift auf diese Adressen zu und kann dadurch die Daten lesen.
Aufbau einer Festplatte:
Bild:
Was ist die Positionierungszeit?
Zeit die benötigt wird um den Plattenarm zur gewünschten Spur zu bringen.
Was ist Rotationsverzögerung?
Zeit die benötigt wird bis sich die Festplkatte soweit gedreht hat das sich der gesuchte Sektor unter dem Schreib/Leskopf befindet.
\(x = {1 \over 2 x Rotationsgeschwindigkeit}\)
Was ist die Übertragungszeit?
Anzahl der Spuren * Umdrehungszeit
oder
Anzahl der zu übertragenen Bytes / Anzahl der Bytes in einer Spur
Welche Arten von Plattenschedulig gibt es?
- First Come First Served
- Shortest Seek Time First
- Fahrstuhl (Scan)
Was ist das Ziel von RAID ?
Redundante, ausfallsichere und performante Speicherung von Daten.
Daten über Disks verteilen (Parallelverarbeitung)
6 verschiedene Varianten (Levels)
Wie funktioniert RAID Level 0 ?
Virtuelle Festplatte wird in Stripes in Sektoren unterteilt.
Erfolgt nach Round-Robin.
Gut bei großen Dateien
Kein Vorteil bei kleinen
schlechte Zuverlässigkeit
Wie funktioniert RAID Level 1 ?
Spiegelung
Ausfallsicherheit bei CRash einer Disc (max. Ausfallsicherheit)
Lesegeschwindigkeit doppelt so hoch
Schreibgeschwindigkeit normal
Wie funktioniert RAID Level 2?
Jedes Byte wird in 4-Bit-Stücke aufgeteilt + 3 Prüfbits
Wird auf 7 Discs verteilt
Armposition und Platenrotation müssen synchron zueinander arbeiten
Rechenintensiv für Controleler
wird selten benutzt
Was ist RAID Level 5 ?
Verwendet Stripes und verteilt dazwischen Parity-Stripes
eine Disk darf ausfallen
Disks müssen alle gleich groß sein
Ausfallsicherhjeit nicht so groß wie Spiegel
Kann nur schwer erweitert werden
Lesen und schreiben performanter als Einzeldisk
