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1Einf. in die WI 1, DV-Infrastruktur, WS 03/04

Betriebssysteme - Überblick

Definition „Betriebssystem“:[DIN 44300]Die Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit denEigenschaften der Rechenanlage die Basis der möglichen Betriebsarten bilden und insbesondere die Abwicklung von Programmen steuern und überwachen.

Prozesse

Betriebssystem-Kern

Geräte Terminals Platten Drucker Schnittstellen

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Betriebssysteme - Überblick

Aufgaben des Betriebssystems· Steuerung und Überwachung der ProgrammausführungStarten und Stoppen von Programmen· Betriebsmittel verwalten und optimiert zuordnen:Speicher, CPU, Platten, Drucker, periphere Geräte· Kosten der Benutzung erfassen (Accounting)· Zugang und Berechtigungen prüfen:Passwortschutz, Zugriffe auf Betriebsmittel· Ausfallschutz realisieren:Z. B. RAID· Verbindungen mit anderen Rechnern bereitstellen

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Geschichte UNIX, Windows, etc

1969 Multics1969 Beginn Unix1972 Intel 8008, Programmiersprache C1973 UNIX Version 6 1974 Xerox Palo Alto Research Center (PARC), Beginn Star-System, Ethernet, Laserdrucker, Windowsystem1977 CP/M mit BIOS1974 Intel 8080, Motorola MC 6800, CP/M 1979 UNIX Version 71980 MC 680001983 PC-XT, MS-DOS1983 UNIX System V1984 PC-AT (MS DOS), LISA (Apple, AppleOS)1985 Windows 1.01986 UNIX System V R31986 Atari TOS

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Noch Geschichte Windows, Unix

1988 UNIX System V R4 1991 Beginn LINUX 1992 MS Windows 3.1 1995 MS Windows 95 1996 MS Windows NT 4.0Ab 1997 Windows 98, me, 2000, XP …

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Weitere komm. Betriebssysteme

·IBM MVS, TSO OS/360..OS/390 VM/360, VM/370 AS/400·Siemens BS2000·Sun SunSunOS , Solaris·Apple AppleOS/ MacOS, MacOS X mit Mach-Kernel

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Betriebssysteme - Installation

MBR =Master BootRecord

BootsektorSystempartition CD Installation (Assistent)

Datenpartition

Festplatte

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Betriebssystemstart

Variante Windows NT und höher:

MBR wird in den Speicher geladen und der Programmtext im MBR wird ausgeführt, die Systempartition wird in einer MBR-Tabelle gesucht und deren Bootsektor geladen und ausgeführt.

Der Programmtext im Bootsektor sucht das Ladeprogramm ntldr.exe und startet es.

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Betriebssystemstart

Ntldr: Es wird ein Startmenu ausgegeben, in dem das zu startende Betriebssystem ausgewählt werden kann (Bootmanager von Windows NT).Aktionen nach Wahl von Windows:Ntldr lädt den Betriebssystemkern ntoskrnl.exe, initialisiert ihn und startet den Prozess Smss.exe, über den die anderen Systemprozesse gestartet werden und das System mit Gerätetreibern ergänzt wird.

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Betriebssystemstart

Linux

Im MBR steht der erste Teil eines Bootmanagers und eine Adresse des Plattenspeichers, wo der zweite Teil des Bootmanagers steht.

Letzterer spielt das Bootmenu auf.

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Betriebssystemstart

Wird Linux gewählt, so wird ein Ladeprogramm gestartet, das den Linux-Kern lädt und ihm die Kontrolle übergibt. Es werden Initialisierungen ausgeführt und der Prozess init gestartet. Init erstellt alle weiteren Prozesse.

Bootlader bei Linux: LILO oder GRUB

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Architektur von Windows NT System- Server- Umgebungs- Anwendungen prozesse prozesse teilsysteme

Anpassungs-DLL‘s Benutzermodus Kernel-Modus Ausführungsschicht Fenster- und Grafiksystem Gerätetreiber Kernel Hardware-Abstraktions- Schicht (HAL)

Prozesse

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Systemprozesse - Sitzungsmanager smss.exe - Anmeldeprozess winlogon.exe - Dienststeuerprozess services.exe

Dienste, die keine Systemprozesse sind (Server-Prozesse) - Ereignisanzeige - Warndienst - Remote Procedure Call (RPC)

Umgebungsteilsysteme - Win32-Teilsystem (csrss.exe) - Posix-Teilsystem (psxss.exe)

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Tor zu den Funktionen der Ausführungsschicht Ntdll.dll

Win32-Teilsystem-DLL’s Kernel32.dll, User32.dll, Gdi32.dll

Ausführungsschicht und Kernel Ntoskrnl.exe

Hardware-Abstraktionsschicht (HAL) hal.dll

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Die Prozesse kann man sich mit dem Taskmanager ansehen. In den Prozessen werden EXE-Programmdateien ausgeführt. Die geladenen Funktionen liegen als SYS-Dateien und DLL-Dateien vor. Sie können mit einem Programm drivers angesehen werden. Eine Ausnahme bildet der eigentliche Kernel ntoskrnl.exe. Der gleichzeitig mit den Funktionen den „Urprozess“ enthält und daher eigenständig ausführbar sein muss. Welche Systemfunktionen geladen werden und welche Prozesse gestartet werden, wird über die Windows-Registry (Konfigurationsdatenbank) gesteuert.

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Architektur von Linux Der Kern liegt in Form der Datei /../vmlinuz vor. Vmlinuz enthält das Speicherabbild (Image) des Kernes, dieses „Image“ wird in den Speicher geladen. Der Kern enthält den „Urprozess“ und die geladenen Systemfunktionen.

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Kern Ladbare Module Prozesse Shell-Prozesse DLL-ähnl. LIBs Prozesse von X- Windows

Linux-Kern

Systemprozesse und Anwendungen

i.a. Geräte-treiber

Prozesse für die Schnittstelle zum User:

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Geladene Module kann man mit lsmod auflisten. Die Prozesse (System- und Anwendungsprozesse) kann man mit ps x –a auflisten. Welche Systemprozesse geladen werden, ist in Konfigurationsdateien und in Start-Shellskripten festgelegt.

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Prozesse und Funktionen

Das Betriebssystem stellt Dienste zur Verfügung:

1. als Funktionen – von den Anwendungen aufgerufen über die Maschineninstruktionen call oder int.

2. als Dienstprozesse – von den Anwendungen abgerufen über Nachrichten:Sende Anforderung; Empfange Ergebnis

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Betriebssystemfunktionen

Aufruf von Betriebssystemfunktionen:1. programmiert aus einem Programm heraus

(Instruktion int, siehe vorher)2. über einen Hardwareinterrupt (ausgelöst

durch ein Gerät)3. über einen Fehler bei der

Programmausführung (ungültige Adresse, ungültige Instruktion)

4. Sonderfall: virtuelle Speicherung, Speicherseite ist noch auf dem Plattenspeicher

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Aufruf von Betriebssystemfunktionen

Trap-Handler

"echte" Interrupts Interrupt- Interruptbehandlungs-(asynchron) verteilung funktionen

Aufruf Systemdienst Systemdienst- verteilung

SystemdiensteSystemfunktionen

Ausnahmen(Hard- und Software)

Ausnahmebehandlung"Page fault"(virt. Speicherung)

Seitenfehlerbehandlung

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FachhochschuleDortmundUniversity of Applied Sciences Benutzermodus

Kernelmodus

Aufruf Systemdienst Trap-Handler

0 1

Systemdienst- verteiler 2

3 zur Dienstfunktion 3

nDie Systemdienste werden mit der int-Instruktionaufgerufen.

int n

Verteilung der Systemdienste

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Hier Details aus Windows NT

Beispiel: Die Funktion WriteFile() der API wirdaufgerufen. Diese Funktion steht in der Kernel32-DLL. In der Funktion WriteFile( ) wird eineFunktion NtWriteFile() aus Ntdll.dll aufgerufen, diemit int 2E zum Diensteverteiler verzweigt, dieseVerzweigung setzt die Ausführung in den Kernel-Modus und fährt mit dem Teil der FunktionNtWriteFile( ), die sich im Kernel befindet, fort.

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Win32-Kernel-API's Win32-USER-und GDI-API's

WriteFile(...) USER- oder aufrufen GDI-Dienst(...)

aufrufen

WriteFile in Call NtWriteFile Win32-Kernel32.dll Return spezifisch

Int 2E Int 2ENtWriteFile return alle Teil- Gdi32.dll return Win32-in Ntdll.dll systeme oder User32.dll spezifisch

Benutzermodus

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FachhochschuleDortmundUniversity of Applied Sciences Kernel-Modus

Mechanismus:Software-Interrupt

Aufruf über Int 2E Aufruf über Int 2E

Verteilung in Verteilung in Ntoskrnl.exe Ntoskrnl.exe

Funktion NtWriteFile Dienste-Funktion in Ntoskrnl.exe

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Schnittstellen zum Nutzer

1. Graphische Oberfläche, kombinierte Maus- und Tastaturbedienung, intuitiv

2. Kommando im CMD-Fenster (bei Windows), im Shell-Fenster oder Terminal-Fenster (bei Unix).Eine Folge von Kommandos kann als Kommando-Programm geschrieben werden:Bezeichnungen:Batch-Datei, Skript

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Details: Skripte

Die Skripte sind Textdateien, die interpretativ abgearbeitet werden.

Sprachen: Kommandosprache Windows,Shellsprachen (Unix), Perl

Die Interpreter:KommandointerpreterShell (Unix)

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Details: Skripte

Die Anweisungen einer Skriptsprache beziehen sich auf Objekte des Betriebssystems:

1. Ausführbare Programmdateien2. Dateien3. Prozesse4. Und die Operationen darauf: Erstellen,

Löschen, Aufrufen u. a.