Zusammenfassung Betriebsysteme

Informatik der Systeme - Kapitel 10


Kapitel 10: Operating Systems – OS (Betriebssysteme)
Gesamtüberblick
Ein Betriebssystem hat mehrere wichtige Aufgaben:

1. Es verbindet Programme mit der Hardware Dazu gehören zum Beispiel:

Programme dürfen normalerweise nicht direkt  Tastatur
auf CPU, Speicher, Festplatte, Maus oder  Maus
Drucker zugreifen. Das Betriebssystem  Festplatte
übernimmt diese Kommunikation.  Bildschirm
 Drucker
Beispiel:
 Netzwerk
 Du klickst mit der Maus.
Das Betriebssystem verwendet dafür:
 Die Maus sendet ein Signal.
 Das Betriebssystem verarbeitet es.  Gerätetreiber
 Die Grafikkarte zeigt die Bewegung des  Controller
Mauszeigers an.  Interrupts
 Polling
2. Es verwaltet Geräte und Datenübertragung
 DMA
Die Folien erklären, wie CPU, Speicher und
Geräte über sogenannte Busse 4. Es bietet Dienste für Programme
kommunizieren. Das Betriebssystem stellt Programmen
Wichtige Begriffe: verschiedene Funktionen bereit:

 Master startet eine Kommunikation.  Programme starten und beenden
 Slave reagiert auf eine Anfrage.  Dateien lesen, schreiben, erstellen und
löschen
 Synchroner Bus arbeitet mit einem
festen Takt.  Geräte benutzen
 Asynchroner Bus arbeitet mit  Prozesse miteinander kommunizieren
Bestätigungssignalen, also lassen
Handshaking.  CPU und Speicher verteilen
 PCI Express ist eine moderne serielle  Fehler erkennen
Verbindung für Geräte wie  Sicherheit und Zugriffsrechte verwalten
Grafikkarten. 5. Es schützt das System (über System Call)
3. Es steuert Ein- und Ausgabe Es gibt zwei wichtige Betriebsmodi:
Ein- und Ausgabe heißt auf Englisch
 User Mode: eingeschränkter Bereich für
Input/Output, kurz I/O.
normale Programme
 Kernel Mode: privilegierter Bereich des
Betriebssystems


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10.1 OS-Services & Kernel/User-Space
Dieses Teilkapitel erklärt zunächst, welche Rolle ein Betriebssystem im Gesamtsystem spielt. Anschließend wird die
Kommunikation zwischen Prozessor, Speicher und Ein-/Ausgabegeräten behandelt. Darauf bauen die
Betriebssystemdienste, Systemaufrufe und die Trennung zwischen Kernel- und User-Space auf.

10.1.1 Aufgabe eines Betriebssystems
Ein Betriebssystem (Operating System, OS) ist eine Softwareschicht zwischen Anwendungsprogrammen und der
Hardware. Anwendungen sollen nicht jedes Detail eines Prozessors, Speichers oder Geräts selbst beherrschen
müssen. Das OS stellt stattdessen einheitliche Abstraktionen und kontrollierte Schnittstellen bereit.

 Vermittler: Es dient als Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der Computerhardware.
 Ausführungsumgebung: Es lädt Programme in den Speicher, startet sie und behandelt ihre normale oder
fehlerhafte Beendigung.
 Ressourcenmanager: Das OS definiert, wie Hardware-Ressourcen wie CPU, Speicher und I/O-Geräte von den
Anwendungsprogrammen genutzt werden.
 Schutzinstanz: Es verhindert, dass ein fehlerhaftes oder bösartiges Programm andere Programme oder das
Betriebssystem beschädigt.
 Abstraktionsschicht: Es bietet Dateien statt physischer Plattensektoren und Prozesse statt unmittelbarer CPU-
Zustände.
Merksatz: Das Betriebssystem macht Hardware bequem nutzbar und sorgt zugleich dafür, dass mehrere
Programme dieselben Ressourcen sicher und fair teilen können.

10.1.2 Organisation eines Computersystems
Komponenten: Besteht aus einer oder mehreren CPUs und verschiedenen Geräten (Disks, USB, Grafikkarte), die
über einen Systembus verbunden sind.

CPU-Pins und Bussignale
 Adressleitungen: Mit n Adressbits lassen sich 2n verschiedene Adressen darstellen.
 Datenleitungen: m parallele Datenleitungen können m Bits gleichzeitig übertragen.
 Steuerleitungen: Sie transportieren unter anderem Takt-, Lese-/Schreib-, Interrupt-, Stromversorgungs- und
Arbitrierungssignale.

Master, Slave und Arbitrierung
Beim klassischen Busmodell initiiert der Master eine Übertragung, während der Slave auf eine Anfrage reagiert. Ein
Gerät kann in unterschiedlichen Situationen beide Rollen übernehmen. Da mehrere mögliche Master denselben Bus
verwenden wollen, muss entschieden werden, wer ihn gerade benutzen darf. Diese Entscheidung heißt
Busarbitrierung.

Rolle Bedeutung Beispiel
Master Startet die Kommunikation CPU fordert Daten aus dem Speicher an
Slave Reagiert auf eine Anfrage Speicher liefert angeforderte Daten
Bus Driver Verstärkt Signale für die Übertragung Ausgang eines sendenden Geräts
Bus Receiver Empfängt Bussignale Eingang eines angesprochenen Geräts
Gerät mit wechselnder Master-/Slave-
Transceiver Kann senden und empfangen
Rolle
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