EDV-Grundlagen
Einführung
Definitionen
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Betriebssystem BS
• Eine Sammlung von Programmen zur geregelten Verwaltung
und Benutzung von Betriebsmitteln (Ressourcen) verschiedener
Art für ein Rechensystem. Betriebsmittel sind CPU, RAM und
Peripherie.
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DIN 44300 Betriebssystem
• “Die Programme eines digitalen Rechensystems, die
zusammen mit den Eigenschaften dieser Rechenanlage die
Basis der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems
bilden und die insbesondere die Abwicklung von Programmen
steuern und überwachen.”
• Daraus ergeben sich drei Aufgabenbereiche:
• - Abbildung der Benutzerwelt auf die Maschinenwelt
• - Organisation und Koordination des Betriebsablaufes
• - Steuerung und Protokollierung des Programmablaufes
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Betriebsmittel (BM)-Kategorien
• Aktive Betriebsmittel, zeitlich aufteilbar
• Passive Betriebsmittel, exklusiv benutzt
• Passive Betriebsmittel, räumlich aufteilbar
• Zusätzlich spricht man noch von virtuellen und logischen BM.
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Komponenten von BS
•
-
Prozessor, Prozesse
Passive BM
Zentralspeicher, virtueller Speicher
Geräte
Betrieb der Geräte
Datenverwaltung auf dem Gerätebetrieb
Logische BM
Konfiguration
Auftragsabwicklung
Bedienung
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Programm
• Eine konkrete Beschreibung eines Verfahrens (Algorithmus) mit
dem Ziel eine Aufgabe (ein Problem) zu lösen. Diese
Beschreibung kann in verschiedenen Formen / Sprachen
erfolgen.
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Prozeß
• “Ein Prozeß ist somit diejenige Verwaltungseinheit, die sich um
einen Prozessor bewirbt.”
• Ein Prozeß ist ein “aktives”, “lebendes” Programm. Er fordert
also Betriebsmittel an und benutzt diese bei Bedarf.
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Task
• Wir betrachten den Begriff Task vorerst als Synonym zum
Begriff Prozeß.
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Thread
• Ein Thread ist ein Teil eines Prozesses. Wichtig ist also die
logische Abhängigkeit von dem Vater-Prozeß (Parent). Beispiel:
Autokorrektur, Rechtschreibprüfung bei Text-verarbeitungssystemen.
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Prozeßzustände
• Ein Prozeß kann in einem Rechensystem von Eintritt bis zum
Austritt mehrere Zustände annehmen:
W
Wartend
Deblockieren
N
Nicht
Aktiv
B
Bereit
Starten
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Aufgeben
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Blockieren
R
Rechnend
Zuordnen
N
Nicht
Aktiv
Beenden
Multitasking MT
• Die (quasi-)parallele Abarbeitung von Prozessen. „Echt“, wenn
mehrere Prozessoren vorhanden sind. Es gibt die im folgenden
aufgeführten verschiedenen Formen:
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kooperatives MT
• Die Zuteilung bzw. Freigabe von Betriebsmitteln wie z.B.
Rechenleistung (CPU) muß durch die Anwendungsprogramme
selbst erfolgen (Beispiel: Windows 3.x)
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preemptives MT
-
-
Die Zuteilung bzw. Freigabe von Betriebsmitteln wie z.B.
Rechenleistung (CPU) erfolgt durch eine zentrale Instanz des
BS. Diese wird als “Scheduler” bezeichnet. (Beispiel: UNIX,
Windows NT, Windows 95...) Weiterhin kann beim preemptiven
MT zwischen den folgenden Formen unterschieden werden:
echtzeitfähig
nicht echtzeitfähig
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Protokoll
• Ein Protokoll ist die Summe aller Regeln, die zum
Datenaustausch zwischen zwei Kommunikations-partnern
eingehalten werden müssen. (Beispiel: TCP/IP)
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GUI
• Graphical User Interface
• Eine grafische Benutzungsschnittstelle (Beispiel: Windows 95).
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Eigenschaften UNIX-Betriebssysteme
-
Mehrbenutzer, Mehrprozeßsystem (Multiuser, Multitasking)
Zeitscheibenverfahren (Time-Sharing)
Geräteunabhängiges,
hierarchisches
Dateisystem
ohne
spezielle Zugriffsmethoden
Auf allen Computerklassen einsetzbar, da leicht portierbar
Kleiner
Kern
mit
nach
Bedarf
integrierbaren
Gerätesteuerprogrammen
Umfangreiche, standardmäßige Dienstprogramme
Besondere Unterstützung der Softwareentwicklung und der
meisten gängigen Programmiersprachen (Schwerpunkt C, C++)
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Aufgaben des BS-Kernels
•
-
Der Kern hat folgende Hauptaufgaben:
Verwaltung der Prozesse
Verwaltung der Ressourcen (CPU, RAM, Peripherie)
Bereitstellung
von
Systemfunktionen
(E/A-Operationen,
Prozeßsteuerung, Kommunikation etc.)
Handhabung von Unterbrechungen und Ausnahmebedingungen
(Hardware-Interrupts, Fehler etc.)
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Scheduling
• Die Prozeßauswahl und Zuteilung der CPU-Zeit erfolgt durch
einen Prozeß des Kerns, den sogenannten Scheduler. Der
Scheduler wird immer aktiv, sobald ein Prozeß einen
Systemaufruf tätigt oder eine Ereignismeldung der Hardware
auftritt (z.B. Ein-, Ausgabe beendet, Zeitintervall abgelaufen).
Dann wird aufgrund der Priorität der bereiten Prozesse und des
aktiven Prozesses über die Neuvergabe der CPU entschieden.
Die Priorität wird regelmäßig anhand der verbrauchten CPUZeit, Prozeßgröße und Wartezeit neu berechnet.
• Es gibt viele verschiedene
verschiedene Strategien.
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Scheduler-Algorithmen
und
Demand Paging
• Bei virtuellen Systemen braucht ein Programm eines aktiven
Prozesses nicht vollständig im Hauptspeicher vorzuliegen. Ein
externer Plattenspeicher dient als sogenannter virtueller
Speicher (paging area). Der virtuelle und der physikalische
Speicher werden in Seiten (engl.: pages; 1-4 KB) eingeteilt und
je nach Bedarf (engl.: demand) werden Seiten ein- und
ausgelagert.
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Swapping
• Ist der Speicherplatz trotz Paging nicht ausreichend, oder
werden zu oft Seiten ein- und ausgelagert, können ganze
Prozesse auf einen externen Speicher (swap area) ausgelagert
werden. Dies wird vom Prozeß 0 (swapper) durchgeführt, der
beim Systemstart erzeugt wird.
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Treiber
• Prozeß, der alle zum Betreiben eines Gerätes notwendigen
Handlungen enthält (Dienstleistungsprozeß).
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Allgemeine Begrifflichkeiten - Hellberg EDV