Kapitel 1: Einführung, Historischer Abriss

Betriebssysteme
© H.-U. Hei§
UniversitŠt Paderborn
Kapitel 1: EinfŸhrung, Historischer Abriss
Clip
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Betriebssystembegriff
Betriebssysteme
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1 Einleitung
1.1 Aufgaben und Grobstruktur
Betriebssystem (Definition nach DIN 44300)
y
ÒDie Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den
Eigenschaften der Rechenanlage die Grundlage der mšglichen Betriebsarten
des digitalen Rechensystems bilden und insbesondere die AusfŸhrung von
Programmen steuern und Ÿberwachen.Ó
Aufgaben
y
Anpassung der Maschinenwelt an die BenutzerbedŸrfnisse
y
Schaffung der Grundlagen fŸr ein geregeltes Nebeneinander
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Verwaltung von Daten und Programmen
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Effiziente Ausnutzung der Betriebsmittel
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UnterstŸtzung bei Fehlern und AusfŠllen
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Betriebssysteme fŸr Universalrechner
Betriebssystem: Bedienung und Kontrolle
Anwendung
Anwendung
Anwendung
Betriebssystem: Verwaltung und Betrieb
Hardware
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Systemarchitektur
z Komplexe Systeme (in allen Bereichen) setzen sich aus einzelnen
Komponenten unterschiedlichen Typs zusammen.
z FŸr den erfolgreichen Entwurf eines komplexen Systems ist daher die
Kenntnis der diversen Varianten der Komponenten und ihrer
Wechselwirkungen von Bedeutung.
z Beispiel Hausbau (10 000 Jahre Erfahrung)
¥ WŠnde
¥ SŠulen
¥ Decken
¥ DŠcher
¥ Treppen
¥ TŸren
Material
Form
TragfŠhigkeit
¥ Fenster
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Systemarchitektur
Beispiel Elektrotechnik (ca. 100 Jahre Erfahrung)
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Widerstand
Spule
Kondensator
Dioden
Ršhren
Transistoren
Beispiel Betriebssysteme (ca. 40 Jahre Erfahrung)
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y
y
y
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y
Prozesse
Signale
AdressrŠume
KanŠle
Unterbrechungen
Treiber
Dateien
KapazitŠt
Synchronisation
†bergabeart
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1.2 Historischer Abriss
Die FŸnfziger (Erste AnfŠnge)
z Ein Programm wird von einem Prozessor abgearbeitet
y
z
Stapel-Verarbeitung (Batch-Betrieb)
Die Betriebssystemfunktion beschrŠnkt sich auf
y
y
UnterstŸtzung bei der Ein-/Ausgabe
Umwandlung von Zahl- und Zeichendarstellungen
Die Sechziger (Virtualisierung)
z VerhŠltnis von CPU- und E/A-Rate wird eklatant
z BS unterstŸtzen die verzahnte AusfŸhrung unabhŠngiger Programme
(Multiprogramming)
z Echte ParallelitŠt durch Aufkommen von E/A-Prozessoren
z Der Begriff des Prozesses als virtueller Prozessor wird geboren
z Auch der Speicher wird ÒvirtualisiertÓ (virtueller Speicher)
z Der Prozess wird auch internes Strukturierungsmittel fŸr BS
z Interaktiver Betrieb durch mehrere Benutzer (Timesharing)
z Prototypen bzw. VorlŠufer heutiger Gro§rechner-BS entstehen (OS/360,
CTSS/Multics, CP67, VMOS/BS2000)
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Die Siebziger (Software Engineering)
z Beginnende Software-Krise: BS werden gro§, komplex und fehlerbehaftet
z Unix entsteht nach dem Prinzip Òsimple is beautifulÓ auf einfacher Hardware (PDP-11)
z Die Forderung nach strukturiertem Systementwurf, nach Wartbarkeit, ZuverlŠssigkeit,
Schutz und Sicherheit kommt auf
z Einsatz hšherer Programmiersprachen fŸr BS-Implementierung
z Prozess wird zur Schutzumgebung (Kontext, domain) mit eigenem, abgeschottetem
Adressraum und Rechten (capabilities)
z Forderung nach UnterstŸtzung von modularer Programmierung, abstrakten
Datentypen und Objektorientierung
z Anwendung dieser Prinzipien auf das Betriebssystem selbst
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Die Achtziger (Verteilte Systeme)
z
Aufkommen von Arbeitsplatzrechnern und PCs
z
LeistungsfŠhiges Kommunikationsmedium: Ethernet, Vernetzte Systeme
z
Zur effizienten Implementierung von Kommunikationssoftware fŸr verteilte Systeme braucht
man Prozesse
z
Prozesse sind mittlerweile komplexe Gebilde: Ein Umschalten ÒkostetÓ mehrere Tausend
Maschinenbefehle. Man trennt Adressraum und Prozess wieder und erlaubt mehrere
Prozesse im selben Adressraum (lightweight process, thread)
z
ParallelitŠtskonzepte werden in Programmiersprachen aufgenommen.
z
Verteiltes (paralleles) Rechnen auf Netzen von Arbeitsplatzrechnern
z
Unix hat im Arbeitsplatzrechner ein ideales Vehikel zur Verbreitung und wird zum QuasiStandard
z
Notwendigkeit der Integration schafft Standardisierungsdruck(OSI, TCP/IP, NFS, POSIX,
OSF, X/OPEN, OMG, ODP)
z
BS Ÿberwinden Rechnergrenzen: Von der Rechnerkommunikation zum Verbundsystem
(Verteiltes System)
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Neunziger Jahre (Hochparallele Systeme, Multimedia, Eingebettete Systeme,
InteroperabilitŠt)
z
Infolge hoher StŸckzahlen werden einfache Mikroprozessoren relativ billig.
z
Zusammenschaltung tausender Mikroprozessoren bringt (rechnerisch) hšhere
Leistung bei geringerem Preis als Supercomputer (z.B. Cray)
z
Neue BS-Funktionen zur UnterstŸtzung der Parallelverarbeitung
z
Multimedia-Anwendungen erfordern UnterstŸtzung von Audio- und Videodaten
(Realzeit-FŠhigkeiten)
z
Software in eingebetteten Systemen benštigt BS-UnterstŸtzung (z.B. Consumer
Electronics)
z
Verteilte Systeme auch in heterogenen Umgebungen (DCE, Corba)
z
Emulation anderer BS-Schnittstellen (d.h. mehrere BS-Welten auf demselben
Rechner)
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