Bsys

Allgemein: 

- Fairness (Faire Aufteilung der Rechenzeit)
- Lastbalancierung (Alle Systemkomponenten sind gleichmässig ausgelastet)
- Overhead Vermeidung (Verhinderung von vielen Kontextwechsel)

Abhängig im Einsatzfeld:
- Echtzeitsystem (Einhaltung von Fristen)
- interaktive Systeme (Reaktivität)
- Serversysteme (Reaktivität + I/O - Performanz)
- Batch-Verarbeitungssysteme (Durchsatz)

Die Fähigkeit, schnell und flexibel auf Änderungen oder unerwartete Ergebnisse zu reagieren

Wie viele Jobs/Aufträge man innerhalb eines bestimmten Zeitraums durchkriegt. Durchsatz maximieren -> Mehr Aufträge 

- Speicherverwaltung (Zuteilung und Freigabe von Hauptspeicher für Prozesse, virtuelle Speicher verwalten)
- Dateiverwaltung (Disk-Scheduling, Organisation, Speicherung und Lokalisierung von Daten auf einem Speichermedium)
- Prozessverwaltung (Verwaltung und Koordination alles Prozesse -> Scheduling, Multitasking, Termininierung)
- Datenschutz & Sicherheit (Zugriffskontrollen/Regeln, Verschlüsselungen, Rechteverwaltung, Isolation von Prozessen)
- Benutzerschittstelle (Bereitstellung einer Schnittstelle für die Benutzer -> GUI/Shell)

1) Monolithisch 
- Alles kann alles Andere im System aufrufen

- Unübersehbare interne Kommuniktation (Unstrukturiert)
- Kein Information Hiding
- Bloss Sammlung von Funktionen
- Schwierige Wartung und Erweiterung
- Ein Fehler kann das ganzue System zum Absturz bringen -> Alles läuft im Kernelmodus


2) Geschichtete BS
- Kommunikation nur mit den benachtbarten Schichten möglich 
- Nicht als BS-Standard etabliert 

3) Client-Server-Modell
- Dienste werden von einer zentralen Instanz bereitgestellt

- Client fragt mit gewünschtem Dienst den Server an

- Server liefert, falls möglich
- Performance Einbussung
- Verwaltungsaufwand/Kosten sind hoch

- Interface (Schnittstelle zwischen Benutzer und Hardware) -> GUI/Shell
- Virtuelle Maschine (Abstrahiert Hardware für Programme)
- Dienstleister (Stellt Dienste wie Dateizugriff, Netzwerk, Drucker zur Verfügung)
- Ressourcen Manager (Verwaltet CPU-Zeit, Zugriff auf Speicher und Geräte)

Ebenen: 
1) Systemanwendungen
2) Anwendungen
3) Systemschnittstelle -> API für System Calls
4) HW/SW-Schnittstelle

- Eine Hardwareabstrahierende Schicht

- Stellt eine einheitliche Schnittstelle (API) den Applikationen zur Verfügung

- Jede Software nutzt immer diese Schnittstelle

- Laufen auf dem Betriebssystem

- Interaktion mit dem Betriebssystem läuft über die Systemschnittstelle -> System Calls diesen zur Beauftragung des Betriebssystems

- Einige Systemdienste werden als Systemanwendungen realisiert

- Sie laufen wie Anwendungen, gehören aber zum Betriebssystem (Konfigurations Programme, Compiler, Dateiserver, Namensdienst)

1) Monolithisch
-Alle Funktionen im Kernel selbst

- Alle Aufrufe von Anwendungen, die an den Kernel weitergeleitet werden, laufen im Kernel Modus ab

- Hardwaretreiber

- Funktion -> Prozessverwaltung, Speicherverwaltung, Kommunikation zwischen Prozessen

2) Mikro-Kernel

- Grundlegende Funktionen

- Hardwaretreiber laufen im Programm im User Mode

- Funktionen -> Speicherverwaltung, Prozessverwaltung, Kommunikation, Synchronisation

3) hybrid

- Mischform mikro-Kernel und monolitschem Kernel

User Modus:

- Applikationen werden im User Modus aufgeführt

- Eingeschränkter Modus, in dem normale Programme und Anwendungen ausgeführt werden

- Programme laufen isoliert - Abstuzt bertrifft nur die App

- Eingeschränkter Zugriff auf die Hardware - Wenn ein Programm auf die Hardware zugreifen muss -> System Call nötig

- Jede Speicherreferenz wird automatisch überprüft -> Wenn ein Programm ausserhalb seines Geltungsbereichs ist, wird dieser terminiert.



Kernel Modus

-uneingeschränkter Zugriff auf die HW

- Perfomanter

- Kernel Mode ist dem Betriebssystem vorbehalten

- Nur im Kernel Mode dürfen alle Operationen ausgeführt werden.

- Nur vertrauenswürdiger Code darf im kernel Mode ausgeführt werden

- Neue Prozesse erzeugen

- Treiber ins System laden oder entfernen

- Diensterbringung des Betriebssystems

- Direkter Zugriff auf die Hardware

- Prozess- und Thread Steuerung

Aber nicht: 

- typische Administrationsaufgaben

- Eine Schnittstelle, über die Anwendungen Betriebssystem-Dienste anfordern

- Bewirkt einen Wechsel vom User Mode in den Kernel Mode, wodurch das Betriebssystem kontrollierter und sicherer Zugriff auf Hardware und Ressourcen gewährt.

- Middleware steht zwischen dem Betriebssystem und der Anwendung

- Läuft im User-Space - also nicht direkt im Betriebssystem 

- Machen Systemaufrufe wie andere Anwendungen

- Kann interne Aufgaben wie, Kommunikation, Sicherheit oder Ressourcenverwaltung übernehmen

- Vereinfachung der Programmierung durch abstraktion der Hardware
- Programmierer muss nicht direkt mit der Hardware interagieren

- Prozessverwaltung

- Multitasking -> Mehrere Prozess egleichzeit, wenn ein Prozess unterbrochen wird, wird ein anderer fortgesetzt

- Zentrale Datenstrukur -> Prozesstabelle PCB / Thread TCB (Speichert Statusinformationen zur wiederaufnahme)

- Wichtige Mechanismen -> Prozesskoordination -> Synchronisation -> Vermeidung von Verklemmung und Zugriffskonflikten

- Bereitstellung einer Schnittstelle, die für alle verschiedenen Massenspeichermedien, funktioniert.

- Beschreibt wie das Dateisystem für Benutzer und Anwendungen aussieht (Unabhängig von der Physikalischen Speicherung)

- Magnetische Scheiben sind in Spuren und Sektoren augeteilt

Bestandteile:

- Lese-/Schreibkopf

- Spur (Track)

- Sektor (Sector)

- Rotationsachse

- Betriebssystem muss logische Operationen (z.B. Dateizugriff auf der physikalischen Schicht abbilden

- Zeitunterschied durch Rotation/Umdrehung

- Kreisförmiger Datenstreifen auf einer magnetischen Festplattenoberfläche

- Mehrere Abschnitte auf den Spuren

- Jede Spur (Track) ist in mehreren Sektoren untereilt (512 Byte pro Sektor)

- Zeit, die der Lesekopf benötigt, um zur gewünschten Spur zu fahren.

1. Lesekopf fährt auf die richtige Spur/Track -> Seek-Time

2. Platte rotiert, bis der richtige Sektor unter dem Lesekopf ist -> Rotational Delay

3. Daten werden gelesen -> Transfer Time

T I/O = T Seek + T Rotational + T Transfer

- Optimierung der Seek-Time

1. Datenrate

2. Anwendungszweck

3. Ansteuerungskomplexität (Pollen vs. Interrupt)

4. Transfer-Einheiten

5. Daten-Repräsentation

6. Fehlerbehandlung

- Reduzierung der durchschnittlichen Zugriffszeit auf die Datei

- Optimiert den Einsatz von Lese-/ Schreibkopf

- Verbessert die Systemleistung

- Optimierung der Seek-Time

1. Priority

2. FIFO

3. LIFO

4. Shortest Service Time First (SSTS)

- Bearbeitung in Reihenfolge der Ankunft

- Kostet -> Oft wechsel des Lesekopfs (Hoche Seek-Time)

- Anfrage, die am nächsten zur aktuellen Kopf position ist, wird zuerst bearbeitet

- Kann zur Aushhungerung führen

- Prozess kann nur eine eingeschränkte Informationsmenge in seinem Adressraum haben

- Adressraum eines Prozesses ist nur während der Lebensdauer verfügbar

- Daten müssen von mehreren Prozessen verwendet werden