Vorlesung: Betriebssysteme © 2002 Prof. Dr. G. Hellberg 1 Studiengang Informatik FHDW Vorlesung...

Vorlesung: Betriebssysteme © 2002 Prof. Dr. G. Hellberg

1 Studiengang Informatik FHDWStudiengang Informatik FHDW

Vorlesung Betriebssysteme

3. Quartal 2002

Vorlesung: Betriebssysteme © 2002 Prof. Dr. G. Hellberg

1 Betriebssysteme: AllgemeinesBetriebssysteme: Allgemeines

In diesem vierten Theorie-Quartal der Vorlesung Betriebssysteme sollen aufbauend auf die bereits vermittelten Grundkonzepte und Architekturen von BS auf Netzwerke und deren Komponenten und “Verteilte Systeme” eingegangen werden.

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1 Vorlesungseinheit 1Vorlesungseinheit 1

WiederholungAllgemeine BegriffsdefinitionenEnwicklung der Betriebssysteme und NetzwerkeKonzepte für Netzwerke und “Verteilte Systeme”Mainframes und TerminalsNetzwerke“Thin-Client-Architektur”ProblemstellungenAusblick und Motivation

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1 Vorlesungseinheit 2Vorlesungseinheit 2

Prozesskommunikation über Rechnergrenzen hinwegGrundsätzlichesProtokolle / Protokollstacks (allgemein)ISO/OSI-ReferenzmodellTCP/IPVergleich mit anderen ProtokollstacksNetzwerkhardware (Überblick)Umsetzung bei den aktuellen BS in der Praxis

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1 Vorlesungseinheit 3Vorlesungseinheit 3

Fortgeschrittene ProzesskommunikationÜberblickEinführung in die Möglichkeiten “verteilter Systeme” am Beispiel von LANsDatenübertragungNetzwerkdiensteTools und ProgrammePraxis-Beispiel 1: DHCPPraxis-Beispiel 2: NFS

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1 Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4

Einführung in “Verteilte Systeme”Historie und ZielsetzungenVorteile “Verteilter Systeme”Nachteile “Verteilter Systeme”

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1 Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4

Grosch´s Gesetz:“Die Rechenleistung eines Prozessors ist proportional zum Quadrat des Preises” (doppelt so hohe Kosten bei vierfacher Rechenleistung).Heute ganz andere technische Entwicklungen

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1 Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4

Vorteile verteilter Systeme gegenüber zentralen Systemen

WirtschaftlichkeitGeschwindigkeitVerteiltheitZuverlässigkeitErweiterbarkeit

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1 Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4

Leistung / GeschwindigkeitEine Menge von Mikroprozessoren bietet ein besseres Preis- / Leistungsverhältnis als ein einzelner GroßrechnerMit der derzeitigen Technologie könnte man ein System aus 1000 modernen Prozessoren bauen, die jeweils 20 Mips besitzenDaraus ergäbe sich eine Gesamtleistung von 20.000 Mips.Demgegenüber müßte ein einzelner Prozessor eine Instruktion in 0,05 Nanosekunden (50 Pikosekunden) ausführen können.Licht bewegt sich mit nur 1,5 cm in 50 Pikosekunden. Ein Computer mit dieser Größe und mit der entsprechnenden Verarbeitungsgeschwindigkeit würde schmelzen (Wärmeproduktion).

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1 Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4

Vorteile verteilter Systeme gegenüber isolierten Personalcomputern

Gemeinsame Nutzung von DatenGemeinsame Nutzung von GerätenKommunikationFlexibilität

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1 Vorlesungseinheit 5Vorlesungseinheit 5

Hardware-Konzepte für VerteilungBus-basierte MultiprozessorsystemeSchalter-basierte MultiprozessorsystemeBus-basierte MulticomputersystemeSchalter-basierte Multicomputersysteme

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1 Vorlesungseinheit 6Vorlesungseinheit 6

Software-Konzepte für VerteilungNetzwerkbetriebssysteme und NFS (siehe oben)Echte verteilte SystemeMehrprozessor-Timesharing-Systeme

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenTransparenzFlexibilitätZuverlässigkeitLeistungSkalierbarkeitZusammenfassung

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenTransparenz

Ortstransparenz (die Benutzer wissen nicht, wo sich die Betriebsmittel befinden)Migrationstranzparenz (die Betriebsmittel können migrieren, ohne dass sich ihr Name ändert)Replikationstransparenz (die Benutzer wissen nicht, wieviele Kopien existieren)Nebenläufigkeitstransparenz (mehrere Benutzer können automatisch Betriebsmittel gemeinsam benutzen)Parallelitätstranzparenz (Aktivitäten können ohne das Wissen des Benutzers parallel stattfinden)

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenFlexibilität

Monolithischer KernMikrokern

Basisdienste des Mikrokernes:Einen ProzeßkommunikationsmechanismusEine einfache SpeicherverwaltungEine minimale Prozeßverwaltung und ein einfaches Scheduling undEine einfache I/O-Funktionalität

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenZuverlässigkeit

VerfügbarkeitFehlertoleranzdie widersprüchlichen Anforderungen sind beim Entwurf zu beachten

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenLeistung

Minimale Anforderungen an die Leistung trotz der MerkmaleVerschiedene Leistungsmaße können verwendet werden (Benchmarks)Beachtung der Körnungsgröße der Berechnungen

Feinkörnige ParallelitätGrobkörnige Parallelität

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenSkalierbarkeit

Für welche Anzahl von Systemen wurde entworfen (200, 200.000 oder 2 Mio. Rechner?)Soll die Datenhaltung zentral erfolgen? Daraus folgt die Fragestellung, ob zentrale Konzepte wie

Zentrale KomponentenZentrale TabellenZentrale Algorithmen

Sinnvoll sind. Entstehen dadurch nicht Engpässe?

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1 Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7

EntwurfsentscheidungenSkalierbarkeit

Es sollen nur dezentrale Algorithmen mit den folgenden Eigenschaften verwendet werden:

Kein Rechner hat die vollständige Information über den SystemzustandDie Rechner treffen nur Entscheidungen auf der Basis lokaler InformationenDer Ausfall eines Rechners terminiert nicht den Algorithmus undEs gibt keine impliziten Annahmen, dass eine globale Uhr existiert

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1 Vorlesungseinheit 8Vorlesungseinheit 8

Kommunikation in “Verteilten Systemen”Einleitung

SchichtenprotokolleISO / OSI-Referenz-ModellVerbindungsorientierte / verbindungslose ProtokolleDie sieben Schichten im DetailDas Client-Server-ModellEin BeispielDie AdressierungBlockierende und nicht blockierende PrimitivePuffernde und nicht puffernde PrimitiveZuverlässige und nicht zuverlässige PrimitiveImplementierung des Client-Server-Modells

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1 Vorlesungseinheit 9Vorlesungseinheit 9

Client-Server-ModellRPC

Wird ergänzt.

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1 Vorlesungseinheit 10Vorlesungseinheit 10

Zusammenfassung und WiederholungKlausurvorbereitungAusblick