Betriebsysteme - Aufgaben und Anforderungen
AI Ba 2 Sem
AI Ba 2 Sem
Virtuelle Maschine (Hypervisor Typ 1)
- Funktionell gleiche "Kopien" der Hardware werden den Programmen bzw. Betriebssystemen bereitgestellt (virtuelles Multiprocessing)
- Kern ("Monitor") exponiert die "Kopien" und verwaltet deren Abbildung auf reale Hardware (Multiprogramming)
Mikrokern
- z.B. QNX, oft bei verteilten Systemen)
- nur extrem reduzierter Kernel (sichert lediglich Verteilug der Ressourcen)
- End-to-End-Philosophie: Nichts im Betriebssystem tun, wofür Nuterprogramm Verantwortung trägt
- Rest: (alternative) "Server", die im Benutzermodus arbeiten - vom Kern wie beliebige Benutzerprogramme behandelt
- Client-Server-Prinzip
- Hohe interne Kommunikation, geringe Effizienz
Mehrschichtenmodell
(z.B. MS-DOS)
a) konsistente Schichten (sauber, aber wenig effizient)
b) quasikonsistent (Bild: Treppenstufenmodell)
Kern-Schale-Architektur
(z.B. Unix)
- priviligierter Kern
- Schale (Kommandozeileninterpreter, Shell)
"Monolithische" Betriebssystemarchitektur
- Komponenten bilden homogenes Gebilde
- evtl effiiet, aber nicht flexibel
Betriebssystemearchitektur
s.u.
SmartCard-Betriebssysteme
extreme Ressourcenknappheit, stark reduzierte Funktionalität
Betriebssysteme für eingebettete Systeme
Echtzeiteigenschaften, sehr geringer Ressourcen verbrauch, Robustheit
Echtzeitbetriebssysteme (Überwachungsanlagen, Streamer)
hohe Reaktionsgeschwindigkeit, harte oder weiche Zeitlimits
PC-Betriebssysteme
Komfortable Benutzeroberfläche, Interaktivität
Multiprozessor-Betriebssysteme / verteilter Umgebung
Kommunikation, Lastverteilung
Server-Betriebssysteme
hohe Verfügbarkeit, viele Dienste in verteiler Umgebung
Mainframe-Betriebssysteme
modern: große Web-Server u.A.
hohe Anzahl gleichzeitig laufender Prozesse
Arten von Betriebsystemen
- Mainframe-Betriebsysteme
- Server-Betriebsysteme
- Multiprozessor-Betriebssysteme /verteilte Betriebsysteme
- PC-Betriebssysteme
- Echtzeitbetriebssysteme
- Betriebssysteme für mobile Geräte
- Betriebssysteme für eingebettete Systeme
- SmartCard-Betriebssysteme
Erweiterbarkeit
- Modularer Aufbau
- Unterstützung von Weiterentwicklung, Test und Ergänzung um neue Komponenten ohne negativen Einfluss auf Betrieb
- Hardware-Upgrades
Effizienz
Effiziente Nutzung der Systemressourcen (wie Recheneit, Speicher, Ein-/Ausgabegeräte)
Bequemlichkeit
Für Benutzer: leichte Bedienung, verständlicher Dialog, zweckmäßige Werkeuge und Dienste, leichter Datentransfer und Programmstart usw.
Für Anwendungsprogrammierer: Einheitliche (hardwareundabhängige) sinnvoll aggregierte Schnittstellen.
Zuverlässigkeit
- Korrektheit
- Sicherheit
- Fehlertoleranz
- Robustheit
Ziele (Erwartungen)
- Zuverlässigkeit
- Bequemlichkeit
- Effizienz
- Erweiterbarkeit
Betriebsystemaufgaben
Booten
Programmierausführung
Interaktion mit Ein-/Ausgabe-Geräten
Datenträgerverwaltung, Geräteverwaltung allgemein
Dateiverwaltung, Zugriff auf Dateien
Systemzugriff (Ressourcen management und Sicherheit)
Fehlererkennung und -behandlung
Berechtigungsprüfung (Authentifizierung + Autorisierung)
Buchführung (Nutzungsstatistik, Kontenabrechnung, Leistungsparameter-Überwachung, Systemprotokollierung)
grafische Oberfläche
Gesamtheit der Programmier- und Verwaltungsarbeiten, die
- Installation, Konfiguration, Tuning, Erweiterung, Beobachtung des Systems zum Inhalt haben und
- detaillierte Kenntnis des Aufbaus und der Arbeitsweise des Betriebsystems voraussetzen
Erstellung von Software-Komponenten die
- Bestandteile des Betriebsystems werden sollen oder
- eng mit dem Betriebsystemschnittstellen verzahnt sind
Systemprogrammierung
- Erstellung von Software-Komponenten
- Gesamtheit der Programmier- und Verwaltungsarbeiten
Aus Anwendungssicht
Bereitstellung einer hardware-unabhängigen Schnittstelle (abstrakte virtuelle Maschine)
- Einfachere, aggregierte (virtuelle) Architektur
- Scheinbar alleinige Verfügbarkeit für den Benutzer
- Einfacher Zugriff auf Ressourcen
Betriebsystem aus Systemsicht
Gesamtheit der den Betrieb steuernden und überwachenden Programme
- Ausführung der Anwendungsprogramme
- Verteilung der betriebsmittel (Speicher, Prozessor, Dateien, Peripheriegeräte,...)
- Aufrechterhaltung der Betriebsart
Begriffe: Was tut das Betriebsystem?
- bilden mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Basis der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems
- wickeln die Steuerung und Überwachung von Programmen ab
Begriffe: was ist das Betriebsystem im Allgemeinen?
Programme eines digitalen Rechensystems, welche Schnittstellen zwischen Hardware und Anwendung sind.
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Cartes-fiches
Virtuelle Maschine (Hypervisor Typ 1)
- Funktionell gleiche "Kopien" der Hardware werden den Programmen bzw. Betriebssystemen bereitgestellt (virtuelles Multiprocessing)
- Kern ("Monitor") exponiert die "Kopien" und verwaltet deren Abbildung auf reale Hardware (Multiprogramming)
Mikrokern
- z.B. QNX, oft bei verteilten Systemen)
- nur extrem reduzierter Kernel (sichert lediglich Verteilug der Ressourcen)
- End-to-End-Philosophie: Nichts im Betriebssystem tun, wofür Nuterprogramm Verantwortung trägt
- Rest: (alternative) "Server", die im Benutzermodus arbeiten - vom Kern wie beliebige Benutzerprogramme behandelt
- Client-Server-Prinzip
- Hohe interne Kommunikation, geringe Effizienz
Mehrschichtenmodell
(z.B. MS-DOS)
a) konsistente Schichten (sauber, aber wenig effizient)
b) quasikonsistent (Bild: Treppenstufenmodell)
Kern-Schale-Architektur
(z.B. Unix)
- priviligierter Kern
- Schale (Kommandozeileninterpreter, Shell)
"Monolithische" Betriebssystemarchitektur
- Komponenten bilden homogenes Gebilde
- evtl effiiet, aber nicht flexibel
Betriebssystemearchitektur
s.u.
SmartCard-Betriebssysteme
extreme Ressourcenknappheit, stark reduzierte Funktionalität
Betriebssysteme für eingebettete Systeme
Echtzeiteigenschaften, sehr geringer Ressourcen verbrauch, Robustheit
Echtzeitbetriebssysteme (Überwachungsanlagen, Streamer)
hohe Reaktionsgeschwindigkeit, harte oder weiche Zeitlimits
PC-Betriebssysteme
Komfortable Benutzeroberfläche, Interaktivität
Multiprozessor-Betriebssysteme / verteilter Umgebung
Kommunikation, Lastverteilung
Server-Betriebssysteme
hohe Verfügbarkeit, viele Dienste in verteiler Umgebung
Mainframe-Betriebssysteme
modern: große Web-Server u.A.
hohe Anzahl gleichzeitig laufender Prozesse
Arten von Betriebsystemen
- Mainframe-Betriebsysteme
- Server-Betriebsysteme
- Multiprozessor-Betriebssysteme /verteilte Betriebsysteme
- PC-Betriebssysteme
- Echtzeitbetriebssysteme
- Betriebssysteme für mobile Geräte
- Betriebssysteme für eingebettete Systeme
- SmartCard-Betriebssysteme
Erweiterbarkeit
- Modularer Aufbau
- Unterstützung von Weiterentwicklung, Test und Ergänzung um neue Komponenten ohne negativen Einfluss auf Betrieb
- Hardware-Upgrades
Effizienz
Effiziente Nutzung der Systemressourcen (wie Recheneit, Speicher, Ein-/Ausgabegeräte)
Bequemlichkeit
Für Benutzer: leichte Bedienung, verständlicher Dialog, zweckmäßige Werkeuge und Dienste, leichter Datentransfer und Programmstart usw.
Für Anwendungsprogrammierer: Einheitliche (hardwareundabhängige) sinnvoll aggregierte Schnittstellen.
Zuverlässigkeit
- Korrektheit
- Sicherheit
- Fehlertoleranz
- Robustheit
Ziele (Erwartungen)
- Zuverlässigkeit
- Bequemlichkeit
- Effizienz
- Erweiterbarkeit
Betriebsystemaufgaben
Booten
Programmierausführung
Interaktion mit Ein-/Ausgabe-Geräten
Datenträgerverwaltung, Geräteverwaltung allgemein
Dateiverwaltung, Zugriff auf Dateien
Systemzugriff (Ressourcen management und Sicherheit)
Fehlererkennung und -behandlung
Berechtigungsprüfung (Authentifizierung + Autorisierung)
Buchführung (Nutzungsstatistik, Kontenabrechnung, Leistungsparameter-Überwachung, Systemprotokollierung)
grafische Oberfläche
Gesamtheit der Programmier- und Verwaltungsarbeiten, die
- Installation, Konfiguration, Tuning, Erweiterung, Beobachtung des Systems zum Inhalt haben und
- detaillierte Kenntnis des Aufbaus und der Arbeitsweise des Betriebsystems voraussetzen
Erstellung von Software-Komponenten die
- Bestandteile des Betriebsystems werden sollen oder
- eng mit dem Betriebsystemschnittstellen verzahnt sind
Systemprogrammierung
- Erstellung von Software-Komponenten
- Gesamtheit der Programmier- und Verwaltungsarbeiten
Aus Anwendungssicht
Bereitstellung einer hardware-unabhängigen Schnittstelle (abstrakte virtuelle Maschine)
- Einfachere, aggregierte (virtuelle) Architektur
- Scheinbar alleinige Verfügbarkeit für den Benutzer
- Einfacher Zugriff auf Ressourcen
Betriebsystem aus Systemsicht
Gesamtheit der den Betrieb steuernden und überwachenden Programme
- Ausführung der Anwendungsprogramme
- Verteilung der betriebsmittel (Speicher, Prozessor, Dateien, Peripheriegeräte,...)
- Aufrechterhaltung der Betriebsart
Begriffe: Was tut das Betriebsystem?
- bilden mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Basis der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems
- wickeln die Steuerung und Überwachung von Programmen ab
Begriffe: was ist das Betriebsystem im Allgemeinen?
Programme eines digitalen Rechensystems, welche Schnittstellen zwischen Hardware und Anwendung sind.
