Grundkurs Betriebssysteme: Architekturen, Betriebsmittelverwaltung, Synchronisation, Prozesskommunikation

3834808091......Page 1
Grundkurs Betriebssysteme, 2. Auflage......Page 3
Vorwort......Page 5
Inhaltsverzeichnis......Page 8
1.1 Computersysteme......Page 14
1.1.2 Aufgabe von Betriebssystemen......Page 15
1.1.3 Hardwaremodelle......Page 16
1.1.4 CPU-Registersatz......Page 19
1.1.5 Beispiele für Microprozessor-Architekturen......Page 21
Anmerkungen zu 64-Bit-Architekturen von Intel und AMD......Page 24
1.1.6 Multicore-Prozessoren und Hyperthreading-CPUs......Page 25
1.1.7 Unser einfaches Modell der Hardware......Page 26
1.2 Betriebssystem-Geschichte......Page 27
1.2.1 Historische Entwicklung......Page 28
1.2.2 Geschichte von Microsoft Windows und Unix......Page 30
1.3 Übungsaufgaben......Page 34
2.1.1 Klassische Architekturen......Page 35
2.1.2 Mikrokern-Architektur......Page 37
2.1.3 Verteilte Systeme und Middleware......Page 38
2.1.4 Betriebssystem-Virtualisierung......Page 40
2.1.5 Architektur von Unix und Windows......Page 41
2.2 Betriebsarten......Page 44
2.2.1 Parallelisierung der Verarbeitung......Page 45
2.2.2 Teilhaberversus Teilnehmerbetrieb......Page 46
2.2.3 Application-Server-Betrieb......Page 49
2.2.4 Terminalserver-Betrieb......Page 51
2.2.5 Handheld-Computing......Page 52
2.3 Übungsaufgaben......Page 53
\rWichtige Begriffe......Page 54
3.1.1 Überblick......Page 55
3.1.2 Interrupt-Bearbeitung......Page 56
3.1.3 Interrupt-Verarbeitung bei IA32-Prozessoren......Page 61
3.1.4 Interrupt-Bearbeitung unter Windows......Page 64
3.1.5 Interruptverarbeitung unter Linux......Page 68
3.2 Systemaufrufe......Page 71
3.3 Übungsaufgaben......Page 75
Zielsetzung des Kapitels......Page 76
4.1.1 Prozessmodell......Page 77
4.1.2 Prozessverwaltung......Page 78
4.1.3 Prozesslebenszyklus......Page 81
4.2.2 Implementierung von Threads......Page 82
Implementierung auf Kernelebene......Page 83
Zuordnung von Threads zu Prozessen......Page 84
4.2.3 Vor-/Nachteile und Einsatzgebiete von Threads......Page 85
4.3.1 Threads in Java......Page 87
4.3.2 Threads in C#......Page 91
4.4.1 Prozesse und Threads unter Windows......Page 95
4.4.2 Prozesse und Threads unter Unix und Linux......Page 103
Lebenszyklus eines Prozesses......Page 105
4.5 Übungsaufgaben......Page 108
5 CPU-Scheduling......Page 109
5.1 Scheduling-Kriterien......Page 110
5.2.2 Überblick über Scheduling-Verfahren......Page 113
5.2.3 Multi-Level-Scheduling mit Prioritäten......Page 116
5.2.4 Round-Robin-Scheduling mit Prioritäten......Page 117
5.3 Vergleich ausgewählter Scheduling-Verfahren......Page 119
5.3.1 CPU-Scheduling im ursprünglichen Unix......Page 123
5.3.2 CPU-Scheduling unter Linux......Page 125
5.3.3 CPU-Scheduling unter Windows......Page 132
5.3.5 Zusammenfassung......Page 139
5.4 Übungsaufgaben......Page 141
Wichtige Begriffe......Page 143
6.1.1 Nebenläufigkeit, atomare Aktionen und Race Conditions......Page 144
6.1.2 Kritische Abschnitte und wechselseitiger Ausschluss......Page 147
6.1.3 Eigenschaften nebenläufiger Programme......Page 149
6.2.1 Sperren......Page 151
6.2.1 Semaphore......Page 154
6.2.3 Monitore......Page 159
6.3.2 Synchronisationstechniken unter Windows......Page 164
6.4 Synchronisationsmechanismen in Programmiersprachen......Page 165
6.4.1 Die Java-Synchronisationsprimitive „synchronizedfi......Page 166
6.4.2 Warten auf Bedingungen in Java......Page 173
6.4.3 Weitere Synchronisationsmechanismen in Java......Page 176
6.4.4 C#-Monitore......Page 179
6.4.5 Die C#-Synchronisationsprimitive „lockfi......Page 187
6.4.6 C#-Mutex-Objekte......Page 188
6.4.7 C#-Leseund Schreibsperren......Page 190
6.4.8 C#-Interlocked-Klasse......Page 191
6.5 Kommunikation von Prozessen und Threads......Page 193
Synchrone versus asynchrone Kommunikation......Page 194
Verbindungsorientierte versus verbindungslose Kommunikation......Page 197
Varianten der Empfängeradressierung......Page 198
6.5.2 Möglichkeiten für eine rechnerinterne Kommunikation......Page 199
Gemeinsame Nutzung von Datenbereichen über sog. shared Memory......Page 200
Kommunikation über verschiedene IPC-Mechanismen......Page 201
6.5.3 Fallbeispiel: Pipes......Page 203
6.5.4 Rechnerübergreifende Interprozesskommunikation......Page 207
6.6 Übungsaufgaben......Page 209
Wichtige Begriffe......Page 211
7.1.1 Speicherhierarchien......Page 212
7.1.2 Lokalität......Page 213
7.1.3 Adressen und Adressräume......Page 214
7.1.4 Techniken der Speicherverwaltung......Page 216
7.2.1 Grundbegriffe und Funktionsweise......Page 219
Einstufige Seitentabellen......Page 225
Mehrstufige Seitentabellen......Page 226
7.2.2 Optimierung der Speicherverwaltung......Page 228
Adressumsetzpuffer (TLB)......Page 229
Invertierte Seitentabellen......Page 231
7.2.3 Seitenersetzung und Verdrängung (Replacement)......Page 233
7.2.4 Vergleich von Seitenersetzungsverfahren......Page 242
7.2.5 Speicherbelegungsund Vergabestrategien (Placement)......Page 243
7.2.6 Entladestrategie (Cleaning)......Page 246
7.2.7 Eine weitere Technik: Segmentadressierung......Page 247
7.2.8 Shared Memory......Page 249
Virtueller Adressraum und Adressierung......Page 250
Verwendete Stategien......Page 253
Virtueller Adressraum und Adressierung......Page 254
Verwendete Stategien......Page 257
7.4 Übungsaufgaben......Page 260
Wichtige Begriffe......Page 262
8.1.1 Grundlegendes......Page 263
8.1.2 Gerätearten......Page 267
8.1.3 Geräteanbindung unter Unix......Page 270
8.1.4 Memory-Mapped Ein-/Ausgabe und DMA......Page 271
8.2.1 Allgemeines......Page 273
8.2.2 Fallbeispiel: Dateisysteme unter Unix......Page 275
8.2.3 Fallbeispiel: Dateisysteme unter Windows......Page 277
8.3.1 RAID-Plattensysteme......Page 282
8.3.2 NAS und SAN......Page 287
8.4 Übungsaufgaben......Page 289
9 Schlussbemerkung......Page 290
10.1 Einführung......Page 291
10.2 Betriebssystemarchitekturen und Betriebsarten......Page 292
10.3 Interruptverarbeitung......Page 295
10.4 Prozesse und Threads......Page 299
10.5 CPU-Scheduling......Page 303
10.6 Synchronisation und Kommunikation......Page 311
10.7 Hauptspeicherverwaltung......Page 318
10.8 Geräteund Dateiverwaltung......Page 326
A1 Zahlennamen......Page 330
A2 Metrische Grundeinheiten......Page 331
A3 Wichtige Datenstrukturen für Betriebssysteme......Page 332
Zeiger- und Referenztypen......Page 333
Sequenzen, Listen......Page 335
Stapelspeicher, Stack......Page 341
Warteschlangen, Queues......Page 343
Hashtabellen......Page 345
A4 Java-Implementierung des Dining-Philosophers-Problems......Page 347
A5 C#-Implementierung des Dining-Philosophers-Problems......Page 351
Literaturhinweise......Page 356
Sachwortverzeichnis......Page 358