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2017 | Buch

Betriebssysteme

Grundlagen und Konzepte

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Über dieses Buch

Der Autor präsentiert die Grundlagen und Konzepte der heutigen Betriebssysteme und behandelt die Gebiete Prozesse (Prozesszustände, Prozessscheduling, Prozesssynchronisation und Prozesskommunikation), Speicherverwaltung (virtueller Speicher, paging, swapping), Dateiverwaltung (Files, Ordner, Sicherheitsmechanismen), Ein-und Ausgabeverwaltung (Treiber, I/O-memory mapping, Systemfunktionen) sowie Netzwerke (Netzwerkschichten, Arbeitsverteilung, Schattenserver) und Sicherheitsmechanismen (Angriffsarten, root kits, Kerberos). Dabei werden sowohl Einprozessor- als auch Mehrprozessorsysteme betrachtet und die Konzepte an wichtigen existierenden Betriebssystemen wie Unix und Windows NT verdeutlicht.
In der vorliegenden vierten Auflage wurden viele Erfahrungen aus der Lehrpraxis berücksichtigt. So wurden nicht nur die Entwicklungen in Windows NT und Unix, speziell Linux, aktualisiert, sondern auch einige Kapitel neu gegliedert und um das Thema „Sicherheit“ ergänzt. Weitere Aufgaben und Beispiele mit Musterlösungen runden das Werk ab.
Alle Vorlesungsfolien, die Vorlesungsvideos sowie eine umfangreiche Klausursammlung mit Musterlösungen stehen auf den Webseiten des Autors zum Herunterladen bereit.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Übersicht
Zusammenfassung
Bevor wir die Einzelteile von Betriebssystemen genauer betrachten, wollen wir uns die einfache Frage stellen: Was ist eigentlich ein Betriebssystem? Naiv betrachtet ist es die Software, die mit einem neuen Rechner zum Betrieb mitgeliefert wird. So gesehen enthält also ein Betriebssystem alle Programme und Programmteile, die nötig sind, einen Rechner für verschiedene Anwendungen zu betreiben. Die Meinungen, was alles in einem Betriebssystem enthalten sein sollte, gehen allerdings weit auseinander. Benutzt beispielsweise jemand einen Rechner nur zur Textverarbeitung, so erwartet er oder sie, dass der Rechner alle Funktionen der Anwendung „Textverarbeitung“ beherrscht; wird der Rechner zum Spielen verwendet, so soll er alles Wichtige für den Spielbetrieb enthalten. Was ist wichtig?
Rüdiger Brause
2. Prozesse
Zusammenfassung
In früheren Zeiten waren die Rechner zu jedem Zeitpunkt für nur eine Hauptaufgabe bestimmt. Alle Programme wurden zu einem Paket geschnürt und liefen nacheinander durch (Stapelverarbeitung oder Batch-Betrieb). Üblicherweise gibt es heutzutage aber nicht nur ein Programm auf einem Rechner, sondern mehrere (Mehrprogrammbetrieb, multi-tasking). Auch gibt es nicht nur einen Benutzer (single user), sondern mehrere (Mehrbenutzerbetrieb, multi-user).
Rüdiger Brause
3. Speicherverwaltung
Zusammenfassung
Eines der wichtigsten Betriebsmittel ist der Hauptspeicher. Die Verwaltung der Speicherressourcen ist deshalb auch ein kritisches und lohnendes Thema, das über die Leistungsfähigkeit eines Rechnersystems entscheidet. Dabei unterscheiden wir drei Bereiche, in denen unterschiedliche Strategien zur Speicherverwaltung angewendet werden:
Rüdiger Brause
4. Dateiverwaltung
Zusammenfassung
Bei einer Unterbrechung oder nach dem Ablauf eines Prozesses stellt sich die Frage: Wie speichere ich meine Daten so ab, dass ich später wieder damit weiterarbeiten kann? Diese als „Persistenz der Daten“ bezeichnete Eigenschaft erreicht man meist dadurch, dass man die Daten vor dem Beenden des Programms auf einen Massenspeicher schreibt. Allerdings haben wir das Problem, dass bei großen Massenspeichern die Liste der Dateien sehr lang werden kann. Um die Zugriffszeiten nicht ebenfalls zu lang werden zu lassen, ist es deshalb günstig, eine Organisation für die Dateien einzuführen.
Rüdiger Brause
5. Ein- und Ausgabeverwaltung
Zusammenfassung
Die Leistungsfähigkeit eines Computersystems hängt nicht nur vom Prozessortyp und von der Wortbreite (16, 32 oder 64 Bit) ab, sondern im wesentlichen von der Geschwindigkeit, mit der die Daten zwischen den Ein- und Ausgabegeräten (Massenspeicher, Netzwerkanschluss etc.) und dem Prozessor/Hauptspeichersystem transferiert werden können.
Rüdiger Brause
6. Netzwerkdienste
Zusammenfassung
Im Unterschied zu Großrechnern (main frame), die zentral bis zu 1000 Benutzer bedienen können, sind die meisten Rechner in Firmen, Universitäten und Behörden nur wenigen Benutzern vorbehalten (single user-Systeme). Um trotzdem systemweite Dienste und Daten innerhalb der Firmen oder Institutionen nutzen zu können, sind die Rechner in der Regel vernetzt. Aus diesem Grund sollen in diesem Abschnitt die netztypischen Teile von Betriebssystemen näher betrachtet werden.
Rüdiger Brause
7. Sicherheit
Zusammenfassung
Sicherheitsfragen in Computersystemen sind keine technischen Probleme, sondern menschliche Probleme. Ein Computer funktioniert auch ohne Sicherheitseinrichtungen technisch einwandfrei. Besonders aber wenn ein Computer nicht mehr isoliert, mit wenigen, vertrauten Benutzern betrieben, sondern in ein Netz mit vielen, unbekannten Benutzern eingegliedert wird, tauchen Sicherheitsprobleme auf. Eines der wichtigsten Aufgaben eines Systemadministrators besteht darin, diese Probleme zu erkennen und Zeit und Geld dafür aufzuwenden, um sie zu beheben oder mindestens entsprechende Maßnahmen dafür zu ergreifen. Viele der notwendigen Vorkehrungen betreffen die Sicherheitsmechanismen des Betriebssystems. Aus diesem Grund werden wir in diesem Abschnitt näher auf die möglichen Gefahren und Gegenmaßnahmen eingehen.
Rüdiger Brause
8. Benutzeroberflächen
Zusammenfassung
Der Benutzer eines Programms kann nicht sehen, was sich im Rechner abspielt. Deshalb ist es für die Bedienung eines interaktiven Programms wichtig, die Ein- und Ausgabe so zu konzipieren, dass der Benutzer immer weiß, was von ihm erwartet wird. Die Art und Weise, wie die Aktionen zwischen den Programmen eines Rechners und dem Benutzer gestaltet werden, wird als Benutzeroberfläche (Bedienoberfläche, Bedieneroberfläche, user interface) bezeichnet. Dabei spielen Eingabe sowie Darstellung und Ausgabe der verarbeiteten Daten eine wichtige Rolle. Neben den traditionellen, menschenlesbaren Ausgabegeräten wie Drucker und Plotter ist heute vor allem die interaktive grafische Darstellung (Visualisierung) der Daten am Bildschirm in den Vordergrund gerückt.
Rüdiger Brause
9. Musterlösungen
Zusammenfassung
Hier finden Sie alle Lösungen der im Text gestellten Aufgaben.
Rüdiger Brause
10. Anhang
Zusammenfassung
In Abschnitt 3.3 zeigten wir informativ, dass der thrashing-Effekt eintritt, wenn die Seitenwechselzeit größer wird als die Job-Bearbeitungszeit. Wann tritt nun dieser Effekt genau ein? Wann ist tw = tS? Dazu modellieren wir das System mit Wahrscheinlichkeiten.
Rüdiger Brause
Backmatter
Metadaten
Titel
Betriebssysteme
verfasst von
Rüdiger Brause
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-54100-5
Print ISBN
978-3-662-54099-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-54100-5