Betriebssystemtheorie
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Dieses Buch steht im Regal EDV.[Bearbeiten] Zusammenfassung des Projekts
- Zielgruppe: Alle, die zum Vergnügen oder zur besseren und schnelleren Bearbeitung von Aufgaben komplexer oder langwieriger Art eigene Programme für Computer entwickeln und die wissen wollen, was sonst noch prinzipiell im Computer passiert, wenn ihr Programm ausgeführt wird.
- Lernziele: Das Buch soll die Aufgaben von Betriebssystemen und ihre grundlegenden Bearbeitungskonzepte erläutern, die angewandt werden, um die Hardware eines Computers für Anwendungsprogrammierer einfach und effizient benutzbar zu machen.
- Sind Co-Autoren gegenwärtig erwünscht? Schreibt, was ihr wollt, ich freu mich darüber! Kaputtmachen könnt ihr nichts!
- Richtlinien für Co-Autoren: Neue deutsche Rechtschreibung; keine Unterkapitel auf Hauptseite; Bitte keine Romane schreiben, sondern konkrete Aussagen.
- Projektumfang und Abgrenzung zu anderen Wikibooks: Hier geht es vor allem um Theorie. Konkrete Betriebssysteme werden nur beispielhaft erwähnt.
- Themenbeschreibung: Steht in den Kapitelbeschreibungen auf der Hauptseite
- Aufbau des Buches: Steht im Inhaltsverzeichnis
[Bearbeiten] Einleitung
Im Kapitel Einleitung wird in allgemeiner Form erläutert, was unter einem Betriebssystem verstanden wird und welche Aufgaben es erfüllt. Es werden generelle Implementierungsformen beschrieben und die wichtigsten und in den folgenden Abschnitten näher erläuterten Komponenten moderner Betriebssysteme eingeführt.
[Bearbeiten] Hardware-Funktionen für Betriebssysteme
Ein modernes Betriebssystem stellt an die Hardware eines Rechensystems Anforderungen, die über die grundlegende Funktion der Ausführung von Maschinenbefehlen hinausgeht, um Forderungen der Rechensystemnutzer nach Effizienz, Komfort und Schutz erfüllen zu können. Nach einer kurzen, allgemeinen Beschreibung von Aufbau und Funktionsweise der Hardware eines Rechensystems werden Funktionen wie Unterbrechungen oder Betriebsmodi eines Prozessors sowie Konzepte der Adressierung von Speicher und Peripherie erläutert und ihre Verwendung in Betriebssystemen beschrieben.
[Bearbeiten] Prozesse, Threads und ihre Verwaltung
In Universalrechensystemen werden i.d.R. mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt. Dabei wird nicht ausgeschlossen, dass ein Programm mehrfach gleichzeitg ausgeführt wird. Für ein Betriebssystem stellt ein Programm in Ausführung eine Einheit dar, die hinsichtlich der Nutzung von Ressourcen der Hardware (insbesondere Prozessor und Speicher) wie auch der Software (Dateien, Verbindungen usw.) überwacht werden muss, um Konflikte, Engpässe oder fehlerhafte Nutzung angemessen behandeln zu können. Das Kapitel erläutert das Konzept des Prozesses und den Umgang eines Betriebssystems mit Prozessen.
Neben oder an Stelle von Prozessen verwenden viele moderne Betriebssysteme sog. Threads als Verwaltungseinheit. Das Kapitel erläutert den Begriff und erklärt Einsatzmöglichkeiten sowie Implementierungskonzepte.
[Bearbeiten] Prozesssynchronisation und -kommunikation
Werden mehrere Prozesse oder Threads gleichzeitig oder zeitlich verschränkt (quasi-parallel) ausgeführt, so kann es zu bewusst oder unbewusst gewollten Beeinflussungen der Prozesse kommen. So ist z.B. offensichtlich auszuschließen, dass zwei Prozesse eine Datei beschreiben, ohne dass sie sich darüber verständigen, wer nun genau die Erlaubnis zum Schreiben besitzt. Das Betriebssystem stellt Mechanismen zur Verfügung, die es einem Programmmierer ermöglichen, Prozesse zu synchronisieren, d.h. die Aktivitäten der Prozesse in eine bestimmte Reihenfolge zu bringen. Die Situationen, in denen eine Prozesssynchronisation erforderlich ist, und die Mechanismen der Prozesssynchronisation werden in dem Kapitel erläutert.
[Bearbeiten] Prozessorverwaltung (Scheduling)
Der Prozessor ist die wichtigste Ressource eines Rechensystems. Das Betriebssystem muss dafür sorgen, dass diese Ressource den Prozessen gerecht, unter Berücksichtigung der Bedeutung der Prozesse und u.U. unter Berücksichtigung der Vorgaben eines Rechensystemsbetreibers den Prozessen zugewiesen wird. Das Kapitel erklärt die Ziele, Konzepte und Implementierungsformen der Prozessorverwaltung.
[Bearbeiten] Interprozesskommunikation
Eine Synchronisation von Prozessen wird oft benötigt, um Konkurrenzsituationen zu behandeln. Wollen Prozesse aber bewusst kooperieren, so nutzen sie Betriebssystemfunktionen zur Interprozesskommunikation.
[Bearbeiten] Speicherverwaltung
Der Hauptspeicher ist neben dem Prozessor die wichtigste Ressource eines Rechnersystems. Die Speicherverwaltung hat die Aufgabe, über freien wie belegten Speicher Buch zu führen, um Speicherbereiche Prozessen zuzuweisen, wenn diese Speicher anfordern, und um Speicherbereiche, die von Prozessen freigegeben worden sind, anderen Prozessen wieder verfügbar zu machen. Das Kapitel beschreibt grundlegende Formen der Verwaltung des realen Haptspeichers. Es erläutert ferner das Konzept der Virtualisierung des Speichers, wodurch Prozesse unabhängig vom real verfügbaren speicher werden.
[Bearbeiten] Geräteverwaltung
Periphere Geräte eines Rechensystems zeichnen sich durch eine große Vielfalt individueller Eigenschaften aus. Um Nutzer die Details der Nutzung eines Geräts zu verbergen realisiert die Geräteverwaltung eine uniforme Sicht und Behandlung aller Geräte. Das Kapitel beschreibt den prinzipiellen Aufbau einer Geräteverwaltung sowie den generellen Ablauf eines Ein-/Ausgabevorgangs, wie er durch die Geräteverwaltung realisiert wird.
[Bearbeiten] Dateisysteme
Das Betriebssystem bietet Anwendern zum einfacheren Umgang mit Daten, die unabhängig von der Ausführungszeit eines Programms gespeichert werden sollen, Datei- und Verzeichnisstrukturen an. Das Kapitel erläutert die Konzepte der Dateisysteme und wie diese Strukturen auf die physikalische Struktur eines Speichermediums abgebildet werden.
