Betriebssysteme

Eigentlich kennt Linux keine Threads, jedenfalls nicht so direkt wie bei anderen Systemen.

Stattdessen wird der Betriebssystemaufruf clone genutzt. Dabei kann angegeben werden, ob der Adressraum mitkopiert werden soll oder nicht. Mit einer Kopie ensteht ein neuer richtiger Prozess, ohne Kopie lediglich ein neuer Prozess im selben Adressraum, was einem Thread entspricht

• running
• blocking
• ready

...

Der Dispatcher ist für das Umschalten von einer rechnenden zu einer rechenbereiten Task zuständig.

Der Scheduler ist für die Auswahl und Einplanung der Tasks zuständig. Er legt fest, wann welche Task ausgeführt werden kann

Für jede Task wird im Betriebssystem ein Task-Control-Blok angelegt. Diese Datenstruktur beschreibt die Task

Die RQ enthält eine Liste aller rechenbereiten Tasks

• Fairness: jeder Prozess erhäglt einen gerechten Anteil an der Prozessorzeit
• Effizienz: Der Prozessor ist immer möglichst vollständig ausgelastet
• Antwortzeit: Die Antwortzeit eines interagierenden Benutzers wird minimiert
• Verweilzeit: Die Wartezeit auf Beendigung eines Auftrages wird minimiert
• Durchsatz: Die Anzahl der Aufträge in einem Intervall wird maximiert

CPU kann einer Task jederzeit entzogen werden

FCFS (First Come First Serve)

• FCFS (First come first Serve)
• SJG (shortest job first)
• Zeitscheibenverfahren (round-robin)
• Prioritätsbasiertes Scheduling

Alle Task bekommen der Reihe nach eine gewisse Rechenzeit zugewiesen bevor gewechselt wird,

Jede Das bekommt eine feste Priorität. Tasks höhere Priorität in der Queue werden zuerst ausgeführt, kommt eine Task mit höherer Priorität als die gerade ausgeführte in die Queue, wird gewechselt

Betriebssystem kann die Prioritäten in Grenzen ändern

Echtzeitsysteme müssen im Gegensatz zu normalen Systemen bestimmte Zeitvorgaben beachten.

Daraus ergeben Sich weitere Schedulingstrategien z.B:

• Offline-Scheduling: Berechnung der Taskeinplanung im vorraus
• erliest Deadline First: Die Task die zuerst fertig sein muss
• Rate Monotonic Scheduling: Task muss zu immer bestimmten Zeiten eingplant werden > Varianz der Intervalldifferenzen reduzieren

Als Race-Condition bezeichnet man Situationen bei denen die Verzahnund der Ausführungen con mehreren Tasks unter verschiedenen zeitlichen Bedingungen zu unerwarteten/falschen Ergebnissen führen kann.

X=x+1 2 mal parallel ausgeführt kann zum ergebnis 1 oder 2 führen

Teil eines Programms auf den mehrere Threads zugreifen können, bei dem aber bei gleichzeitigem zugriff inkonsistenz entstehen kann

• Nur ein Prozess darf sich zu jedem Zeitpunkt in einem bestimmten kritischen Bereich bedinden
• Es dürfen keine Annahmen über die Ausführungsgeschwindigkeiten oder die Anzahl der beteiligten Prozessoren gemacht werden
• Kein Prozess, der sich nicht in seinem kritischen Bereich befindet, darf andere Prozesse blockierenKein Prozess soll unendlich lange warten müssen, bis er in einen kritischen Bereich eintreten kann

• Interruptsperre
• Test-and-Set

Eine Semaphore ist eine abstrakte Datenstruktur mit folgenden Operationen:

• P(s) - pausieren
• V(s) - Fortsetzen

#P(s) <= #V(s)

• Systemstart
• Geräteverwaltung
• Starten von Programmen
• Verwalten von Resourcen
• Benutzerverwaltung
• ...

Linux

Windows

Mac OS X

iOS, Android

MS-DOS

• Röhren und Steckkarten,
• Transistoren und Stapelverarbeitung (Lochkarten, Ablauf beschreiben)
• IC's und Mehrprogrammbetrieb
• PC's (C64, CP/M, IBM-PC MS-DOS)
• Vektorenrechner

Eine logische Adresse in eine physikalische Umwandeln

Logische Adressen sind Adressen die ein Programm sieht. Sie sind in Registern abgelegt und werden später auf physikalische Adressen abgebildet.

Physikalische Adressen existieren einmalig und werden durch physische Leitungen der CPU gebildet.

• Monolitisches System
• Mikrokernelsystem
• Virtuelle Maaschinen
• Netzwerksysteme
• Hybridkernel

Besteht aus einer einzigen großen Datei

Vorteile

• Hohe Geschwindigkeit

Nachteile

• Sehr unfelxibel weil bei änderung von Hardware und Treibern  der komplette Code neu kompiliert werden muss!

• Unix
• MS-DOS

Durch die Kernel-Module ist es möglich den Kernel eines Monolitischen Systems dynamisch zur laufzeit zu verändern. Das ist möglich da das Linken auf die Laufzeit verlagert wird.

Der Kernel ist auf das notwendigste reduziert (teile von der Speicherverwaltung und Prozessverwaltung).

Der Rest wird auf Serviceprozesse ausgelagert (z.B Treiberverwaltung etc.)

• Windows (bedingt)
• NEXT
• Minix

Vorteile

• Hohe Erweiterbarkeit
• Sehr Stabil da Komponenten unabhängig voneinander sind (Modularität)

Nachteile

• Wesentlich langsamer als Monolithische Systeme

Eine virtuelle Maschine, kurz VM, ist ein Computer, der mittels Virtualisierung nicht direkt auf einer Hardware ausgeführt wird.

Eine Virtuele Maschiene simuliert eine nicht physikalisch vorhandene Komponente oder System.

• Hardwarevirualisierung
• Virtuelle Laufzeigumgebungen
• Virtualisierung der Programmierer API

Die komplette Hardware eines Computersoder bestimmte komponenten werden Virtualisiert.

• Windows DOS-BOX
• VMWare
• Virtual PC
• Java VM

Auch Virtual Machine Monitor genannt, ist ein Stück Software welches es erlaubt Virtuelle Systeme zu erzeugen,starten und zu managen. Es dient sozusagen als Zwischenschicht zwischen VMs und Hardware.

(Es simuliert für die VMs mit den nötigen Resourcen?)

Ein Thin-Client ist ein auf wenige Funktionen abgespecktes Betriebssystem. Das System wird aus einem ROM oder über das Netzwerk geladen. Nach dem Start wird eine Applikation geladen, die sich mit einem geeigneten Protokoll mit einem Server verbindet.