IUK01

im Wesentlichen sind es:

• optimale Ausnutzung von Ressourcen
• Erfüllung spezieller Nutzeranforderungen

Abhängig vom Einsatzgebiet:

• Anpassung der Leistungen der Hardware an die BEdürfnisse des Benutzers
• Organisation und Steuerung des gesamten Betriebsablaufs im System.
• Verwaltung und ggf. geeignete Zuteilung von Ressourcen
• Kontrolle und Durchsetzung von Schutzmaßnahmen (z.B.: Zugriffsrechte)
• Nachweisprüfung über relevanten Abläufe im Gesamtsystem(Protokollierung)

• Stapelverarbeitung (batch processing)
  Ausführung der Aufträgen bzw. Anweisungen des Nutzersohne Interaktion
• Dialogbetrieb (interactive processing)
  Dialog mit dem Betriebssystem über geeignete Schnittstelle(Kommandos oder Grafikoberfläche)
• Echtzeitbetrieb (real time processing)
  Ausführung von Aufträgen direkt aus einem technischen Prozess(z.B.: Sensor)
• Verteilte Verarbeitung (distributed processing)
  besteht aus mehreren miteinander gekoppelten Computern
  • verteilte Betriebssysteme
  • Netzwerk-(oder Server-)Betriebssysteme
  • Parallelrechner-Betriebssysteme

• Modularität
• Erweiterbarkeit
• Konfigurierbarkeit bzw. Rekonfigurierbarkeit
• Skalierbarkeit
• Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz
• Transparenz und Virtualisierung

• Kommunikation mit der Umgebung (Benutzer bzw. technische Umgebung)
• Auftragsverwaltung
• Benutzerverwaltung
• Prozessverwaltung und -koordinierung
• Betriebsmittelverwaltung
• Hauptspeicherverwaltung (Da sehr komplexe Betriebsmittel ->als eigene Komponente zu betrachten)
• Ein-/Ausgabesysten
• Dateiverwaltung

• monolitische Struktur
  • einfachste und älteste BAuweise
  • effiziente Implementierung
  • kaum änderbar und erweiterbar
• Kern-Schale-Architektur
  • Kern(kernel)
  • Schale

Die Verwaltung erfolgt:

• räumlich (in Bestimmte Bereiche)
• zeitlich (vorübergehend)

Zu den Aufgaben gehören:

• Bereitstellung und Zuteilung von Speicherbereichen an Prozesse sowie deren Rücknahme und ggf. ihr Entzug
• eine effiziente Verwaltung freier und belegter Speicherbereiche
• das Verbergen von (technischen) Beschränkungen unter Nutzung externer Speicher und die Organisation der nötigen Ein-/Auslagerung von Speicherbereichen
• Maßnahmen zum Schutz vor unerlaubten Zugriffen

Die Zuordnung (allocation) von Speicherbereichen an Prozesse erfolgt

• statisch (zum Start des Prozesses)
• dynamisch (bei Bedarf zur Laufzeit)

zur räumlichen Aufteilung folgende Möglichkeiten:

• einen Bereich für BS und einen für alle Anwendungen
• je einen Bereich für BS und jeden einzelnen Prozess

Die Aufteilung kann in fester(z.B. bei Singletasking-Systeme wie MS-DOS. Starre Lösung) o. variabler(hilfs-Systemsoftware für Verschiebbarkeit(relocation) notwendig) Größe erfolgen.

• interne Fragmentierung:
  Verfahrensbedingte Zuteilung zu großer Partitionen und dadurch Verschwendung von Speicher.
• externe Fragmentierung:
  Nach dem Freigeben des Speicherbedarfes entschtandene nicht nutzbare freie Speicherteile
• Umordnung von Bereichen(garbage collection):
  Maßnahme zur Beseitigung der Fragmentierung, die alle freie Bereiche zusammen an eine Ende des Speichers und alle belegten Teile "dicht" ans andere Ende verlagert.

Implementierungsvarianten:

• Belegungsvektor(bitmap)
  gleich große Einheiten un deren Belegungszustand werden in einer Bitmap dargestellt. Kleine Einheiten vergrößern Bitmap, große EInheiten begünstigen eine interne Fragmentierung.
• verkettete Listen
  Jeder Speicherbereich wird durch einen Listenelement wie folgt beschrieben:
  Zustand-Anfangsposition-Größe-Zeiger auf nächstes Listenelement

Suche nach freien Bereich kann durch zahlreiche Algorithmen erfolgen:

• First-Fit: Suche vom Beginn nach dem ersten ausreichend großen freien Bereich
• Next-Fit(bzw. Rotating-First-Fit): wie First-Fit, aber die SUche wird nicht von vorne beginnen sondern fortgesetzt ab zuletzt erreicher Stelle.
• Best-Fit: Suche nach dem besten(kleinsten) passenden freien Bereich
• Worst-Fit: Suche nach dem Größten passenden freien Bereich.

Durch Verwendung einer mehrstufigen Speicherhierarchie versucht man einen Kompromiss hisichtlich Geschwindigkeit(und Kosten) sowie Kapazität über mehrere Ebenen von Speicherkomponenten zu erzielen

Swapping ist ein einfaches Austauschverfahren, das bei Hauptspeichermangel die Existenz einer Speicherhierarchie ausnutzt, indem es einen Prozess auswähltund alle von ihm belegten Hauptspeicherbereiche vorübergehend auf einen externen Speicher auslagert.

Auslagerungskandidat: möglichst unwichtig, im Wartezustand. Ausgelagert wird kompletter Prozess.

Die ausgelagerten Daten werden im Swap-Bereich zwischengelagert.

Die VErwaltung des Swap-Bereiches entspricht der des Hauptspeichers

Ein Virtueller Speicher verbirgt nach außen die Größe des realen Speichers und die Position der darin vorhandenen Programm- und Datenbereiche der Prozesse. Dadurch wird dem Benutzer ein nahezu unbegrenzter, logisch zusammenhängender, virtueller Speicher vorgespiegelt. Die erforderliche Umwandlungder virtuellen (logischen) Adressen in reale (physikalische) Adressen, die Verteilung bzw. Anordnung von Teilendes Adressraumes und deren Ein-/Auslagerung unter Zuhilfenahme eines externen Speichers erfolgen "automatisch" unter Steuerung des BS

Voraussetzung zur Realisierung:

• Existez der Speicherhierarchie mit einem schnellen externen Speicher
• geeignete Adressierungsart des Prozessors (gesteuerte Adressierung)

Eine Dynamische Adressumsetzung zwischen den virtuellen Adressen und den konkreten physischen Adressen im Hauptspeicher erfordert eine Hardware-Unterstützung. In modernen Prozessoren ist dafür die MMU (Memory Management Unit) integriert.

Im Allgemeinen unterscheidet man:

• Segmenttechnik (Segmentierung):
  Die Einheiten der Adressraums(virtuellen sowie physikalischen) sind unterschiedlich groß
• Seitentechnik (Paging)
  Die Einheiten sind alle gleich groß

Technischer Ablauf ist bei beiden Verfahren ähnlich:

1. Beim jeden Zugriff zum Speicher erfolgt eine Umwandlung der virtuellen Adresse in die zugehörige reale Hauptspeicheradresse.
2. a) Falls die adressierten Teile (COde bzw. Daten) bereits im HAuptspeicher geladen sind, erfolgt nun die nötige Adressumwandlung als Voraussetzung für den Zugriff
   b) Ansonsten wird der aktuelle Prozessorbefehl mit einer speziellen Ausnahme (exzeption) unterbrochen, da auf die adressierten Teile offenbar (noch) nicht zugegriffen werden kann.
3. Die Behandlung der Unterbrechung wegen nicht im Hauptspeicher geladener Teile erfolgt dadurch, dass diese Teile nunmehr vom externen Speicher in den HAuptspeicher geladen und danach die entsprechnden Tabellen aktualisiert werden können.
4. Steht zur Einlagerung kein freier Bereich im Hauptspeicher, so muss durch vorherige Auslagerung eines (möglichst nicht benötigten) Teils erst freier Platz geschaffen werden.
5. Nach Abschluss des Schrittes 2a) kann der begonnene Befehl ausgeführt werden. Beim 2a) muss der zuvor erfolglos begonnene und abgebrochene Befehl nun wiederholt werden.

• Bei der synchronen Datenübertragung wird die Übertragung einzelner Bits zwischen Sender und Empfänger mit einem Taktsignal zeitlich synchronisiert.
• Asynchrone Datenübertragung ist nicht an einem Taktsignal ausgerichtet. Die Zeichen können asynchron, d.h. zu beliebigen Zeiten übertragen werden.

• siplex
  Nur eine Richtung(z.B. Radio o. TV)
• halbduplex
  Datentransfer in beiden Richtungen, aber nicht gleichzeitig. (z.B.: Walkie-Talkie)
• vollduplex
  Datentransfer zur gleichen Zeit in beiden Richtungen

Ein digitales Signal wird für die Übertragung über einen Träger der analog codierten Informationen in ein analoges Signal umgewandelt(aufmoduliert).

Man unterscheidet

• Frequenzmodulation
• Phasenmodulation
• Amplitudenmodulation

Anzahl der pro Sekunde stattfindenden Signalwechsel/Abtastwerte

bei f Hz sind es f Abtastwerte. Bei binärer Codierung sind es f Bit/s

Teilung der Leitung für mehrere Verbindungen.

• Raummultiplex (analoge Telefonnetz)
• Zeitmultiplex z.B.: bei ISDN
• Frequenzmultiplex
• Codemultiplex (bei UMTS eingeführt. codiert=verschlüsselt)

DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer

Das Übertragungsprotokoll ist eine Datenaustausch-Vorschrift

Die zu übertragende Daten werden am Anfang und Ende gekennzeichnet(man bildet den Übertragungsrahmen)

Rahmenbildung bei synchroner Übertragung

Synchronisation erfolgt jedes mal für eine bestimmte Anzahl von Zeichen. Empfangstakt und Rahmensynchronisation wird durch eine Bit- oder Bytefolge am Anfang der Sendung gewonnen. Entsprechend: bit- bzw. bytesynchrone Übertragung

Datenrahmen

Man unterscheidet Synchronisationsrahmen und Datenrahmen

Rahmenbildung ist die eindeutige Kennzeichnung von Anfang und Ende einer Übertragungseinheit.

• Overhead - Bits zur Organisation der Rahmenbildung
• Payload - Nutzdaten

Ziel des Protokolls, beliebige Daten als Nutzlast übertragen zu können.

Bei der bitsynchronen Übertragung wird das durch den Mechanismus der Stopbits gelöst.

Um die Verwechslung der Nutzdaten mit Rahmenflag zu vermeiden wird z.B. im HDLC-Protokoll nach fünf darauf folgenden 1 immer ein zero-bit eingefügt und beim Empfänger gleich entfernt.

Fehlererkennung wird durch die Übertragung von zusätzlicher, redundander Information(Kontrollinformation) ermöglicht.

• Parität
  Einfache Redundanzinformation. Eine zuverlässige Fehlererkennung ist nicht mehr möglich, wenn mehr als ein Bit pro Rahmen gestört wurden.
• Längsparität (LRC: longitudinal redundancy check)
• Zyklische Redundanzprüfsumme (CRC: Cyclic redundancy check)
  Es werden Polynomdivisionen durchgeführt. Als Ergebnis erhält man eine Prüfsumme (FCS: frame check sequence)

Man unterscheidet 3 Methoden zur Fehlerkorrektur:

• aktive Fehlerkontrolle
  (Empfänger veranlasst Übertragungswiederholung)
• passive Fehlerkontrolle
  (Sender veranlasst Übertragungswiederholung. Bei einer fehlerhaften Information reagiert der Empfänger nicht. Der Sender erkennt die Information durch eine Zeitüberwachung)
• Vorwärtsfehlerkorrektur
  (Empfänger erkennt und korrigiert Fehler)

Aufgrund der Fehlerkontrolle werden Rahmen machmal wiederholt. Sequenzkontrolle dient dazu, Informationsverdoppelung zu erkennen.

Sequenznummer ist eine fortlaufende Nummerierung von Informationsrahmen zu ihrer Identifikation.

Bei Informationswiederholung werden keine neue Nummer zugeteilt.

Die Sequenznummer werden rotierend vergeben und damit Übertragungskapazität gespart.

So kann auch die Quittung eine Sequenznummer enthalten und damit den quittierten Informationsrahmen identifizieren.

So muss der Sender nicht nach jedem Rahmen auf die Quittung warten.

Durch die Flusskontrolle können die Probleme der Unterschieden in  der Verarbeitungskapazität vermieden werden.

Man unterscheidet Mechanismen:

• Handshake
• Kredit-Methode
• Fenster-Mechanismus

• Exclusive Nutzung des Kanals
• Beispiel: ISDN, GSM

Fragmentierung ist die Aufteilung eines logischen Rahmens(Satz, Record) auf mehrere aufeinanderfolgenden Rahmen(Übertragungsrahmen)

Gründe:

• Synchronisation (Erkennung des Rahmenbeginns) wird schwieriger, je größer der Rahmen ist.
• Die Übertragungsfehlerwahrscheinlichkeit pro Rahmen wird größer, je größer der Rahmen ist. (schlechte Effizienz)
• Die Fehlererkennung wird unzuverlässiger. (Mehrfachfehler sind wahrscheinlicher)
• Die bereitzustellenden Puffer werden größer, je größer der Rahmen ist.(Flusskontrolle wird schwieriger)

MTU-Wert (max transfer unit)

Datenblockung(Füllung) ist die Zusammenfassung mehrerer logischer Rahmen zu einer Übertragungseinheit.

Dient wie auch Fragmentierung zur effizienten Nutzung der Übertragungsstrecke.