IUK101 Betriebssysteme - Architektur und Funktionsprinzipien
Lernkarten zum Fachbereich Informations- und Kommunikationssysteme des Studiengangs Wirtschaftsinformatiker FH
Lernkarten zum Fachbereich Informations- und Kommunikationssysteme des Studiengangs Wirtschaftsinformatiker FH
Was beinhaltet der Hardware-Kontext einer Prozessbeschreibung?
Er enthält alle Informationen, die ein Prozess aktuell in der Hardware gespeichert hat.
Welche Anforderungen werden an die Architektur eines Betriebssystems gestellt?
- Modularität und Portierbarkeit
- Erweiterbarkeit
- Konfigurierbarkeit
- Skalierbarkeit
- Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz
- Transparenz
Für was steht das Kürzel PCB ?
process control block
Wie ist der Zusammenhang zwischen Prozessen und Threads?
Ein Prozess ist ein Container, in dem die Threads ablaufen.
Ein Thread ist ein Ausführungsfaden, der in einem Prozess abläuft.
Was versteht man unter der Anforderung von Modularität und Portierbarkeit an die Architektur eines Betriebssystems?
- Die einzelnen Komponenten sollen modular aufgebaut sein
- Es müssen klar definierte Schnittstellen existieren
- Die Portierbarkeit des Systems auf eine andere Hardware muss gegeben sein
Was versteht man unter dem Begriff Multitasking?
Hier existieren zu einem Zeitpunkt gleichzeitig mehrere Prozesse. Diese befinden sich irgendwo zwischen dem Zeitpunkt ihrer Erzeugung und dem ihrer Beendigung.
Wie lautet die Definition einer Programmierschnittstelle?
Die Programmierschnittstelle (Application Programming Interface, API) definiert in ihrer Syntax und Semantik diejenigen Funktionen des Betriebssystems, die ein Programmierer in Form von Systemdiensten (system services) bzw. Systemaufrufen (system calls) benutzen kann, um sie in seine Programme einzufügen.
Was versteht man unter einer Interprozesskommunikation?
Unter Interprozesskommunikation (Inter Process Communication, IPC) versteht man den zielgerichteten Austausch von Informationen zwischen parallelen Prozessen.
Beschreiben Sie den Prozesszustand wartend (waiting)
Der Prozess wartet auf die Erfüllung einer Bedingung (bspw. Tastatureingabe)
Nach welchen Architekturmodellen wird ein Betriebssystem unterschieden?
- Monolithische Struktur
- Kern-Schalen-Architektur
- Schichtenmodell
- Mikrokern-Architektur
Nach welchen Kriterien lassen sich Protokolle (Prozesse) klassifizieren?
- Koordinierungsprinzip
- prozedurorientiert
- nachrichtenorientiert
- prozessorientiert
- Lokalisierung der Steuerprozeduren
- dezentral
- zentral
- Warten
- aktives Warten
- passives Warten
Was versteht man unter der Anforderung von Konfigurierbarkeit an die Architektur eines Betriebssystems?
Bestimmte Komponenten eines Betriebssystems sollten sich austauschen bzw. anpassen lassen.
Nach welchen Merkmalen werden Betriebssysteme klassifiziert?
- Betriebssart (Stapelbetrieb, Dialogbetrieb etc.)
- Anzahl der Benutzer (bspw. single user system)
- Anzahl gleichzeitiger Aufträge
Welche Lösungsprinzipien kommen beim Konkurrenzverhalten parallel ablaufender Prozesse mit kritischen Abschnitten zum Einsatz?
- Die Prozesse dürfen nicht gleichzeitig in ihren kritischen Abschnitten sein (mutual exclusion)
- Jeder Prozess, der am Eingang eines kritischen Abschnittes wartet, muss irgendwann den Abschnitt auch betreten dürfen: kein ewiges Warten darf möglich sein (fairness condition)
- Ein Prozess darf außerhalb eines kritischen Abschnittes einen anderen Prozess nicht blockieren
- Es dürfen keine Annahmen über die Abarbeitungsgeschwindigkeit oder Anzahl der Prozesse bzw. Prozessoren gemacht werden.
Welche zwei Lösungsprinzipien kommen bei der Kooperation paralleler Prozesse zum Einsatz?
- Ereignissynchronisation
- Interprozesskommunikation (IPC)
Welche Eigenschaften hat die Scheduling-Strategie Round Robin (RR)?
- Die Jobs werden in der Reihenfolge ihres Eintreffens in eine Warteschlange eingereiht
- Die Abarbeitung erfolgt nur eine Zeitscheibe (time sharing): Jeder Prozess bekommt abwechselnd die Prozessor für eine gewisse Zeit t zugewiesen
- Die Zuteilung der Zeit t ist von der Umschaltzeit des Kontexts abhängig
Welche Eigenschaften hat der Echzeitbetrieb eines Betriebssystems?
- Die Aufträge stammen direkt aus einem techn. Prozess bspw. Sensor oder Bediener
- Die Betriebsart regelt, steuert und überwacht den techn. Prozess
- Die Antwortzeiten liegen unterhalb eines Grenzwerts
- Die Einhaltung von Zeitbedingungen spielt hier eine große Rolle
Bei welcher Betriebsart sind die Antwortzeiten praktisch unbegrenzt?
Warum ist es wichtig, sich als Programmierer einer Anwendung für ein Multitasking-Betriebssystem um eine geeignete Koordinierung der Anwendungsprozesse zu kümmern?
In einem System paralleler (Anwendungs-)Prozesse können grundsätzlich zahlreiche Wechselwirkungen auftreten, die evtl. zu unerwünschten Ergebnissen führen. Deshalb ist eine geeignete Beeinflussung der Prozesse durch den Entwickler/Programmierer nötig. Neben (ungewollten) Konkurrenzsituationen müssen dabei auch die (gewollten) Kooperationsbeziehungen umgesetzt werden.
Was versteht man unter dem Begriff von Nebenläufigkeit von Prozessen?
Die einzelnen Prozesse erhalten den (einzigen) Prozessor abwechselnd und werden so schrittweise vorangetrieben (-> Quasi-Parallelität)
Nennen Sie die versch. Strategien für das Prozessor-Scheduling.
- First Come First Served (FCFS)
Zuteilung erfolgt nach Reihenfolge des Eintreffens der Aufträge (nichtverdrängend) - Shortes Job First (SJF)
setzt Bearbeitungszeit des Jobs voraus und teilt den Prozessor dem laufbereiten Prozess mit der kürzesten "Rechenzeit" zu (nichtverdrängend) - Round Robin (RR)
Alle laufbereiten Prozesse erhalten reihum jeder für eine festgelegte Zeitdauer (= Zeitscheibe) den Prozessor zugeteilt. (verdrängend) - Feste, statische Prioritäten
Jeder Prozess erhält für die Dauer seiner Existenz eine Prio fest zugeordnet. Die Zuteilung erfolgt verdrängend immer an den laufbereiten Prozess mit der aktuell höchsten Prio. Für niedrig priorisierte Prozesse besteht die Gefahr des "Verhungerns" - Dynamische Priorität
Prio eines Prozesses ist änderbar. Änderbar durch außen (über API) oder von innen - Zeitabhängige Verfahren
Berücksichtigen die Wichtigkeit eines Prozesses in Abhängigkeit von Zeitbedingungen, deren Einhaltung für die Prozesse gesichert werden soll.
Was versteht man unter Synchronisation von Prozessen?
Eine Beeinflussung von parallelen Prozessen in der Art, dass sie hinsichtlich ihres zeitlichen Ablaufs innerhalb des Gesamtsystems in eine gewisse Reihenfolge gebracht werden, nennt man Synchronisation. Die erreichte Reihenfolge kann durchaus zufällig, aber auch vorherbestimmt sein.
Nennen Vorteile von Threads.
- Die Prozesswechselzeiten sind kürzer als zwischen normalen Prozessen
- Die gemeinsame Nutzung von Betriebsmittel wird erleichtert
Welche Aufgaben hat die Speicherverwaltung?
- Die Bereitstellung und Zuteilung von Speicherbereichen an Prozesse sowie deren Rücknahme und ggf. ihr Entzug
- Eine effiziente Verwaltung freier belegter Speicherbereiche
- Das Verbergen von (technischen) Beschränkungen
- Maßnahmen zum Schutz vor unerlaubten Zugriffen
Was versteht man unter einer Benutzerschnittstelle?
Eine Benutzerschnittstelle (user interface) dient der Interaktion zwischen Benutzer und System.
Welche Ziele verfolgt das Scheduling?
- Auslastung der CPU (Ziel 100%)
- Durchsatz (throughput) Jobs pro Zeiteinhalt max.
- Faire Behandlung (fairness)
Welche Bestandteile hat eine Prozessbeschreibung (Kontext)?
- Benutzer-Kontext
- Hardware-Kontext
- System-Kontext
Erläutern Sie die Scheduling-Strategie non-preemptive
Hier wird über eine Neuzuteilung der Ressource erst entschieden, wenn der aktuelle Prozess die Ressource selbst wieder an das System zurückgibt.
(Multitasking nur beschränkt möglich)
Wie heißt das Lösungsmittel beim Konkurrenzverhalten parallel ablaufender Prozesse mit kritischen Abschnitten?
Semaphor
Bei welcher Betriebsart kommt es sehr auf die Einhaltung von Zeitbedingungen an?
Was versteht man unter Protokolle bei Prozessen?
Protokolle sind Steueralgorithmen für parallele Prozesse zum Zweck der Koordinierung ihrer Abläufe.
Welche Bedinungen existieren für das Eintreten von Verklemmungen (deadlocks) ?
- Die Prozesse nutzen die Ressourcen exklusiv
- Einem Prozess können bereits zugewiesene Ressourcen nicht entzogen, sondern sie müssen von ihm selbst freigegeben werden
- Die Prozesse fordern irgendwann weitere Ressourcen nach, ohne zuvor die bisher bereits belegten Ressourcen freizugeben
- Die Prozesse fordern die betreffenden Ressourcen in unterschiedlicher Reihenfolge an und geraten mit diesen in eine welchselseitige zirkuläre Abhängigkeit, die sich als geschlossener Kreis im Betriebsmittelgraphen zeigt.
Wenn zufällig gerade alle Bedingungen erfüllt sind und ein geschlossener Kreis entsteht, besteht die Gefahr für die Entstehung von deadlocks.
Durch welche Eigenschaften ist eine monolithische Struktur eines Betriebssystem gekennzeichnet?
- Gekennzeichnet durch Unordnung vieler Funktionen, die alle sichtbar sind
- Betriebssysteme können sehr effizient implementiert werden
- Betriebssysteme lassen sich kaum oder nur mit großem Aufwand ändern bzw. anpassen.
Was versteht man unter dem Begriff Parallelität bei Multitasking?
Hier existieren mehrerer Prozesse zu einem Zeitpunkt, jedoch bezieht sich die Parallelität nur auf die Existenz dieser Prozesse und nicht auf deren Bearbeitung! Eine echte Parallelität existiert nur bei Multiprocessing.
Welche Eigenschaft hat ein Einzelprozess-System?
Zu einem Zeitpunkt kann nur ein einziger Auftrag durch das System bearbeitet werden.
Wie lautet die Definition eines Betriebssystems in Anlehnung an DIN44300?
Das Betriebssystem (operating system) stellt das Bindeglied zwischen der Hardware und dem Anwender bzw. dessen Anwendungsprogrammen dar. Gleichzeitig bietet es dem Benutzer zahlreiche Dienste in Form von Programmen bzw. Kommandos an, die zusammen mit den Eigenschaften des Computers "die Grundlage der möglichen Betriebsarten dieses Systems bilden und insbesondere die Abwicklung von Programmen steuern und überwachen."
Was versteht man unter der Anforderung von Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz an die Architektur eines Betriebssystems?
Das System sollte stabil funktionieren und bspw. eine Toleranz bei Fehleingaben haben.
Welche Probleme können auftreten
Versuchen Sie, diese Probleme mit einem Semaphor zu
lösen. Wie könnte ein Code-Fragement aussehen
siehe Bild
Welche zwei Arten kennt die Interprozesskommunikation (IPC) ?
- speicherbasierte Kommunikation
- nachrichtenbasierte Kommunikation
Welche Eigenschaften hat der Dialogbetrieb eines Betriebssystems?
- Die Interaktion mit dem Benutzer erfolgt über bspw. grafische Oberflächen oder Tastatureingaben auf Kommandozeilenebene
- Die Antwortzeiten liegen im Durchschnitt im Bereich akzeptabler Werte
-
- 1 / 97
-
Flashcards
Nennen Sie die versch. Strategien für das Prozessor-Scheduling.
- First Come First Served (FCFS)
Zuteilung erfolgt nach Reihenfolge des Eintreffens der Aufträge (nichtverdrängend) - Shortes Job First (SJF)
setzt Bearbeitungszeit des Jobs voraus und teilt den Prozessor dem laufbereiten Prozess mit der kürzesten "Rechenzeit" zu (nichtverdrängend) - Round Robin (RR)
Alle laufbereiten Prozesse erhalten reihum jeder für eine festgelegte Zeitdauer (= Zeitscheibe) den Prozessor zugeteilt. (verdrängend) - Feste, statische Prioritäten
Jeder Prozess erhält für die Dauer seiner Existenz eine Prio fest zugeordnet. Die Zuteilung erfolgt verdrängend immer an den laufbereiten Prozess mit der aktuell höchsten Prio. Für niedrig priorisierte Prozesse besteht die Gefahr des "Verhungerns" - Dynamische Priorität
Prio eines Prozesses ist änderbar. Änderbar durch außen (über API) oder von innen - Zeitabhängige Verfahren
Berücksichtigen die Wichtigkeit eines Prozesses in Abhängigkeit von Zeitbedingungen, deren Einhaltung für die Prozesse gesichert werden soll.
Was versteht man unter Synchronisation von Prozessen?
Eine Beeinflussung von parallelen Prozessen in der Art, dass sie hinsichtlich ihres zeitlichen Ablaufs innerhalb des Gesamtsystems in eine gewisse Reihenfolge gebracht werden, nennt man Synchronisation. Die erreichte Reihenfolge kann durchaus zufällig, aber auch vorherbestimmt sein.
Nennen Vorteile von Threads.
- Die Prozesswechselzeiten sind kürzer als zwischen normalen Prozessen
- Die gemeinsame Nutzung von Betriebsmittel wird erleichtert
Welche Aufgaben hat die Speicherverwaltung?
- Die Bereitstellung und Zuteilung von Speicherbereichen an Prozesse sowie deren Rücknahme und ggf. ihr Entzug
- Eine effiziente Verwaltung freier belegter Speicherbereiche
- Das Verbergen von (technischen) Beschränkungen
- Maßnahmen zum Schutz vor unerlaubten Zugriffen
Was versteht man unter einer Benutzerschnittstelle?
Eine Benutzerschnittstelle (user interface) dient der Interaktion zwischen Benutzer und System.
Welche Ziele verfolgt das Scheduling?
- Auslastung der CPU (Ziel 100%)
- Durchsatz (throughput) Jobs pro Zeiteinhalt max.
- Faire Behandlung (fairness)
Welche Bestandteile hat eine Prozessbeschreibung (Kontext)?
- Benutzer-Kontext
- Hardware-Kontext
- System-Kontext
Erläutern Sie die Scheduling-Strategie non-preemptive
Hier wird über eine Neuzuteilung der Ressource erst entschieden, wenn der aktuelle Prozess die Ressource selbst wieder an das System zurückgibt.
(Multitasking nur beschränkt möglich)
Wie heißt das Lösungsmittel beim Konkurrenzverhalten parallel ablaufender Prozesse mit kritischen Abschnitten?
Semaphor
Bei welcher Betriebsart kommt es sehr auf die Einhaltung von Zeitbedingungen an?
Was versteht man unter Protokolle bei Prozessen?
Protokolle sind Steueralgorithmen für parallele Prozesse zum Zweck der Koordinierung ihrer Abläufe.
Welche Bedinungen existieren für das Eintreten von Verklemmungen (deadlocks) ?
- Die Prozesse nutzen die Ressourcen exklusiv
- Einem Prozess können bereits zugewiesene Ressourcen nicht entzogen, sondern sie müssen von ihm selbst freigegeben werden
- Die Prozesse fordern irgendwann weitere Ressourcen nach, ohne zuvor die bisher bereits belegten Ressourcen freizugeben
- Die Prozesse fordern die betreffenden Ressourcen in unterschiedlicher Reihenfolge an und geraten mit diesen in eine welchselseitige zirkuläre Abhängigkeit, die sich als geschlossener Kreis im Betriebsmittelgraphen zeigt.
Wenn zufällig gerade alle Bedingungen erfüllt sind und ein geschlossener Kreis entsteht, besteht die Gefahr für die Entstehung von deadlocks.
Durch welche Eigenschaften ist eine monolithische Struktur eines Betriebssystem gekennzeichnet?
- Gekennzeichnet durch Unordnung vieler Funktionen, die alle sichtbar sind
- Betriebssysteme können sehr effizient implementiert werden
- Betriebssysteme lassen sich kaum oder nur mit großem Aufwand ändern bzw. anpassen.
Was versteht man unter dem Begriff Parallelität bei Multitasking?
Hier existieren mehrerer Prozesse zu einem Zeitpunkt, jedoch bezieht sich die Parallelität nur auf die Existenz dieser Prozesse und nicht auf deren Bearbeitung! Eine echte Parallelität existiert nur bei Multiprocessing.
Welche Eigenschaft hat ein Einzelprozess-System?
Zu einem Zeitpunkt kann nur ein einziger Auftrag durch das System bearbeitet werden.
Wie lautet die Definition eines Betriebssystems in Anlehnung an DIN44300?
Das Betriebssystem (operating system) stellt das Bindeglied zwischen der Hardware und dem Anwender bzw. dessen Anwendungsprogrammen dar. Gleichzeitig bietet es dem Benutzer zahlreiche Dienste in Form von Programmen bzw. Kommandos an, die zusammen mit den Eigenschaften des Computers "die Grundlage der möglichen Betriebsarten dieses Systems bilden und insbesondere die Abwicklung von Programmen steuern und überwachen."
Was versteht man unter der Anforderung von Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz an die Architektur eines Betriebssystems?
Das System sollte stabil funktionieren und bspw. eine Toleranz bei Fehleingaben haben.
Welche Probleme können auftreten
Versuchen Sie, diese Probleme mit einem Semaphor zu
lösen. Wie könnte ein Code-Fragement aussehen
siehe Bild
Welche zwei Arten kennt die Interprozesskommunikation (IPC) ?
- speicherbasierte Kommunikation
- nachrichtenbasierte Kommunikation
Welche Eigenschaften hat der Dialogbetrieb eines Betriebssystems?
- Die Interaktion mit dem Benutzer erfolgt über bspw. grafische Oberflächen oder Tastatureingaben auf Kommandozeilenebene
- Die Antwortzeiten liegen im Durchschnitt im Bereich akzeptabler Werte
Was versteht man unter der Betriebsart eines Betriebssystems?
Die Betriebsart beschreibt die Art und Weise der Kommunikation mit dem Benutzer.
Bei der Differenzierung der einzelnen Betriebsarten spielt die Antwortzeit eine große Rolle.
Welche Eigenschaften hat der Stapelbetrieb eines Betriebssystem?
- Der Auftrag wird in Form eines Jobs an das Betriebssystem übergeben
- Es besteht keine Interaktion mit dem Benutzer
- Die Antwortzeiten sind praktisch unbegrenzt
Warum sollten kritische Abschnitte so kurz wie möglich sein?
Grundsätzliches Ziel in einem Multitasking-System sollte eine maximale Parallelität der Prozesse sein. Durch die Bildung kritischer Abschnitte und den damit verbundenen wechselseitigen Ausschluss wird die max. Parallelität eingeschränkt. Daher sollten die kritischen Abschnitte so kurz wie möglich sein (aber so lange wie nötig).
Welche Eigenschaft hat ein Mehrprozess-System?
Zu einem Zeitpunkt können mehrere Aufträge durch das System bearbeitet werden.
Was versteht man unter dem Begriff Multiprocessing?
Hier besteht eine echte parallele Bearbeitung mehrerer Prozesse durch mehrere Prozessoren oder Prozessorkerne.
Welche Betriebsarten eines Betriebssystems gibt es?
- Stapelbetrieb
- Dialogbetrieb
- Echtzeitbetrieb
- verteilte Verarbeitung
Beschreiben Sie den Prozesszustand bereit (ready to run)
Der Prozess wartet auf die Prozessor-Zuteilung
Welche zwei Verfahren hinsichtlich der Verdrängung bei Scheduling-Strategien unterscheidet man?
- Nicht verdrängende Verfahren (non preemptive)
- Verdrängende Verfahren (preemptive)
Nach welchem Merkmal werden die einzelnen Betriebsarten eines Betriebssystems charakterisiert?
Welche Systeme unterscheidet man bei der Betrachtung der Anzahl gleichzeitiger Aufträge?
- Einzelprozess-System
- Mehrprozess-System
Was beinhaltet der Benutzer-Kontext einer Prozessbeschreibung?
Er enthält die Code- und Datenbereiche sowie den dynamisch benutzten Stackbereich im Speicher.
Welche Zustände kann ein Prozess annehmen?
- aktiv (running)
- bereit (ready to run)
- wartend (waiting)
- nicht existent (non exisiting)
Welche Aufgabe hat ein Dispatcher?
Der Dispatcher übernimmt den Prozesswechsel, speichert bei einem Wechsel den laufenden Prozess und aktiviert den nächsten Prozess.
Was versteht man unter einer Kooperation von Prozessen?
Unter Kooperation paralleler Prozesse versteht man eine bewusste Zusammenarbeit mehrerer Prozesse mit dem Ziel, durch Arbeitsteilung eine komplexe Gesamtaufgabe zu erfüllen.
Welche drei Lösungsmittel bei der Ereignissynchronisation finden Anwendung?
- "private" Semaphore
- Ereigiszähler (event counter)
- Signale
Welche zwei Mittel nutzt die speicherbasierte Kommunikation bei der Interprozesskommunikation (IPC) ?
- shared memory
- Dateien
Warum werden Threads eingesetzt?
Ein Prozesswechsel ist je nach Umfang des Kontexts sehr aufwendig, daher existiert der Wunsch nach Leichtgewichtsprozessen.
Threads arbeiten im gleichen Adressraum. Daher muss bei Threads einer gleichen Gruppe kein Kontextwechsel stattfinden.
Wie erfolgt die Zuordnung (allocation) von Speicherbereichen an Prozesse?
- statisch (zum Start des Prozesses)
- dynamisch (bei Bedarf zur Laufzeit)
Wie lautet die Definition für einen Prozess?
Ein (sequentiell ablaufender) Prozess ist eine dynamische Folge von Aktionen bzw. Zustandsänderungen, die durch Ausführung eines Programms auf einem Prozessor zustande kommen. Ein Prozess ist daher vor allem durch seinen zeitlich veränderbaren Zustand charakterisiert. Er wird im Betriebssystem infolge eines Auftrags erzeugt und nach dessen Erfüllung wieder vernichtet. Ein Prozess stellt insofern einen "Aktivitätsträger" bzw. eine "Ausführungseinheit" dar.
Erläutern Sie die Scheduling-Strategie preemptive
Hier kann jeder Prozess bei Bedarf grundsätzlich durch das Betriebssystem unterbrochen und ihm die zugeteilte Ressource vorzeitig entzogen werden.
