Betriebssysteme

Masterthread:

1. erster Thread innerhalb eines Prozesses
2. erzeugt andere Threads und wartet auf deren Beendigung
3. ist der Masterthread weg, ist der Prozess beendet

Thread:

1. Teil eines Prozesses
2. Einheit der Ausführung (Prozessorzuteilung)
3. Ausfuhrungsfaden, leichtgewichtiger Prozeß

Prozess: Einheit des Ressourcenbesitzes und Schutzes

Thread: Einheit der Ausführung (Prozessorzuteilung)

Dem Prozess wird der Hauptspeicher sowie Prioritäten und weitere Ressourcen zugeteilt. Dem Betriebssystem selbst ist nur der Prozess bekannt. Der Thread ist die Einheit der Ausführung innerhalb eines Prozesses. Ein Prozess kann mehrere Threads beinhalten. Stürzt ein Thread ab bleibt der Prozess am Leben (Ausnahme Masterthread). Ein Thread besitzt nur seinen eigenen Befehlszähler und Keller.

Teilnehmerbetrieb: Ein Prozess mit einem Thread

Teilhaberbetrieb: Ein Prozess mit mehreren Thread

Umfeld: große Anwendungssysteme wie z.B. SAP

Der Scheduler verwaltet die Prozesse.

Dieser weiß über die Prozesstabelle, welche im residenten Bereich des BS liegt, welche Prozesse existieren.

1. Eintrag in Prozesstabelle (Zuweisung Prozesskennung)
2. Zuteilung von Speicherplatz an den Prozess (für Programmcode, Daten, Keller)
3. Initialisierung des Prozesskontrollblocks (PC und SP, Prozeßzustand, evtl. geerbte Ressourcen)
4. Adresse des Codes im Prozesskontrollblock (Seitentabelle)
5. Scheduler stellt Prozessstatus von "neu" auf "bereit"
6. Einhängen des Prozesses in Warteschlange

IFR: Interrupt Flag Register

Das IFR bestimmt die Priorität der Interrupts.

Der Interrupt Handler greift das Interruptbit aus dem IFR ab.

IMR: Interrupt Mask register

Verhindert die Verarbeitung von neuen Interrupts

Daemons (Serviceprozess des BS), Service, Dienst

Neu    --> Prozess wurde kreiert und in Kontrollblock geschrieben. Memory Manager wird aktiv

Bereit --> Wartet auf Scheduler, bis Prozess anhand der Priorität dran ist

Rechnend -->  Immer nur ein Prozess, der grade die CPU besetzt

Blockiert --> Wartet auf anderes Event

Beendet --> Prozess beendet, Verwaltungsdaten noch vorhanden

1. Benutzer durch Programmstart
2. System
3. Prozess
4. Batch Job (Stappelverarbeitung)

Als Prozesskontrollblock wird der Eintrag in die Prozesstabelle bezeichnet. Diese liegt im residenten Teil des Betriebssystems.

Prozeßidentifikation:

• Kennung des Prozesses
• Kennung des Elternprozesses
• Benutzerkennung

Prozessorstatus-Information:

• Datenregister
• Steuer- und Statusregister: PC, PSW, ...
• Kellerzeiger (SP)

Prozeßkotroll-Information:

• Scheduling- und Zustandsinformationen
• Daten für Interprozeßkommunikation
• Prozeßprivilegien
• Speicherverwaltung
• Ressourcenbesitz und -nutzung

Jeder Prozess benötigt seine eigene private Threadtabelle, daher wird diese vom Laufzeitsystem verwaltet.

Dient der Kontrolle und dem Überblick der einzelnen Threads.

Elemente pro Thread: Befehlszähler, Kellerregister, Register, Zustand.

Zusammenhang: Ein-/Ausgabe Scheduling von Festplattenzugriffen

Begriff: "Der Aufzug-Algorithmus heißt so, weil er sich ähnlich verhält wie ein Aufzug. Die momentane Position des Festplattenarms sowie seine Bewegungsrichtung sind bekannt. Nach jedem abgeschlossenen Lese-/Schreibauftrag fährt er zum nächsten in dieser Richtung liegenden Auftrag weiter, so lange, bis in dieser Richtung kein Auftrag mehr zu erledigen ist. Dann wird die Bewegungsrichtung umgekehrt."

Alternativen:

1. Sägezahn-Algorithmus
2. Shortest seek first
3. First come, first served (FCFS)

• DMA Controller (Direct Memory Access)befindet sich meist im Geräte Controller

Aufgabe: Transport der Daten zwischen Controller und Speicher direkt ohne die CPU in Anspruch zu nehmen

• Normaler Controller :

Aufgaben: Steuerung des Gerätes, Entkopplung der Bus Geschwindigkeit

Befindet sich in den Chipsätzen, separaten Steckkarten oder den Geräten selbst

Terminal gehört zur Klasse der blockorientierten E/A Geräte

Pc gehört zur Klasse der zeichenorientierten E/A Geräte

waited I/O belegt und blockiert die CPU bis der Prozess abgearbeitet ist.

Alternativen: Interrupt gesteuerte I/O, DMA gesteuerte I/O

Performancesteigerung der Zugriffszeit. Komplette Spur wird eingelesen, da aufeinanderfolgende Sektoren i.d.R. auch benötigt werden.

Folie 9

Bild einfügen

1. Memory Manager
2. Optimierung Speicherverwaltung
3. Zuweisung von Speicher für einzelne Prozesse

1. Hauptspeichermanagement (Speicher bereitstellen, auslagern),
2. Speicherschutz (Prozesse -> Seitentabellen)
3. MMU wird von Memory M beschickt und wandelt virtuelle in physikalische Adressen um

Gesamtes Programm wird aus dem HS ausgelagert, damit neues Programm Platz hat

Es werden länger nicht benutzte Seiten ausgelagert.

Wird bei Swapping angewendet:

1. First Fit
2. Best Fit
3. Next Fit

Teile eines Programmes (einzelne Seiten) werden aus dem HS ausgelagert, damit neue Programme Platz haben

Beides ist derselbe Block jedoch:

Im HS spreche ich von Seite

Bin ich auf der Festplatte spreche ich von Page

Beide 4 K Block groß

Sie steht in der Prozesstabelle und sagt aus welche Seiten zu dem Prozess gehören

Zu jedem Prozess gibt es eine entsprechende Seitentabelle. Jeder Prozess kann nur auf die Seiten zugreifen die in seiner Seitentabelle stehen.

Ausnahme: In C kann Pointer falsch gesetzt werden. Da zu diesem Prozess die Seite fehlt wird der Prozess abgebrochen.

Bild einfügen

Befindet sich in der CPU

Aufgaben:

Umrechnung virtueller Adresse in physische Adresse

Speicherschutzfunktion (Zugriff nur durch Prozess)

Ablauf eines Seitenwechsels

1. MMU hat Seitenfehler (Ausnahme) ausgelöst
2. BS ermittelt virtuelle Adresse (--> Seite S) und Grund der Ausnahme
3. Falls Schutzverletzung vorlag: Prozess abbrechen, Ende.
4. Sonst: zu verdrängende Seite S' bestimmen
5. Falls S' modifiziert (Modified-Bit =1): S' auf Platte schreiben
6. Seitentabelleneintrag für S' aktualisieren (u.a. Present-Bit =0)
7. Seite S von Platte in die nun freie Kachel von S' laden
8. Seitentabelleneintrag für S aktualisieren
9. Prozess fortsetzen --> abgebrochener Befehl wird weitergeführt oder wiederholt

Refresh: Transistoren werden wieder aufgeladen

Interrupt setzen, Interrupt Händler analysiert Seitenwechsel, führt der MMU neue Seitenadresse zu, Prozess wird auf wartend gesetzt und setzt die im jeweiligen Prozess wieder auf Bereit

Write

• Übergang zum System Procedure Call
• Übergang an das BS durch Interrupt
• Analyse des Interrupts
• Aufruf der BS Service Routine
• Abarbeiten => Kontakt Controller
• Schreiben der Daten
• Fertigmeldung des Controllers durch Interrupt
• Analyse des Interrupts
• Aufruf der Service Routine
• Zurück an System Procedure Call
• weiter nach write

SP = Stack Pointer (Keller Pointer)

Interrupt -> Scheduler von bearbeitend auf bereit