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Wirtschaftsinformatik
04: Betriebssysteme
Dozent: R. Witte
Computertechnik
Vier Personen mit genau einer Taschenlampe wollen nachts eine Hängebrücke überqueren, die maximal 2 Personen trägt. Da es sehr dunkel ist, MUSS die Taschenlampe jedes Mal mitgeführt werden. Für die Überquerung benötigt jede Person eine andere Zeit. Gehen zwei Personen, bestimmt die Langsamere das Tempo.
In welcher Reihenfolge müssen die Personen die Brücke überqueren, um nicht mehr als eine Stunde zu benötigen?
A: 5 minB: 10 minC: 20 minD: 25 min
Computertechnik
Computertechnik
Ein Bündel von verschiedenen Programmen Enthält Schnittstellen, die
das Zusammenspiel von Hardware und Software ermöglichen.
Kommuniziert mit allen benötigten Hardware-Komponenten
Fehlerbehandlung
Speicher- und Prozessverwaltung
Notwendig, um den Computer überhaupt starten zu können.
Definition
„Das Betriebssystem wird gebildet durch die
Programme eines digitalen Rechensystems,
die zusammen mit den Eigenschaften der
Rechenanlage die Grundlage der möglichen
Betriebsarten des digitalen Rechensystems
bilden und insbesondere die Ausführung von
Programmen steuern und überwachen.“
DIN 44300
Definition
„Das Betriebssystem wird gebildet durch die
Programme eines digitalen Rechensystems,
die zusammen mit den Eigenschaften der
Rechenanlage die Grundlage der möglichen
Betriebsarten des digitalen Rechensystems
bilden und insbesondere die Ausführung von
Programmen steuern und überwachen.“
DIN 44300
Definition
„Ein Betriebssystem ist ein Programm, das dem Benutzer und Anwendungsprogrammen elementare Dienste bereitstellt. Das Betriebssystem steuert und überwacht die Abwicklung von Programmen und regelt den Betrieb des Rechnersystems.“
Eisenhardt et.al.
Computertechnik
Moore´s LawKomplexität integrierter Schaltkreise verdoppelt sich alle 18 Monate
Gordon Moore, 1965
Geschichte von BS
• 1940 – 50: Röhren und Steckbretter
• kein BS
• Aufgaben direkt in Maschinensprache
• Umstecken von Kabeln, um Grundfunktionen zu programmieren
• Keine Programmiersprachen
Geschichte von BS
• 1950 – 60: Transistoren und Stapelsysteme
• Programme auf Lochkarten
• Separates Einlesen
• Durch Transistoren viel komplexere Berechnung und leistungsfähigere Rechner möglich
• Trennung
Geschichte von BS
Designer – Operator – Wartung – Programmierer
• Stapelsysteme um Wege zu sparen
311164058381
PDP-1 von DEC1. Minicomputer16 Zeilen / 64 Zeichen 1959 entwickelt
https://www.youtube.com/watch?v=pqAg0GJLPGk
https://www.youtube.com/watch?v=7bzWnaH-0sg
Geschichte von BS
• 1960 – 75: Integrierte Schaltkreise• OS/360 von IBM
• Komplex aber universell• Multiprogramming
• Speicher geteilt für verschiedene Jobs• Spooling
• Simultaneous Peripheral Operation On Line
• Jobs direkt in Warteschlange schreiben• Sharing
• Einteilen von CPU-Zeit in Zeitscheiben
Aufgaben von BS
Scheduling
• Mehrere Prozesse gleichzeitig• Auswahl des nächsten Prozesses
durch Scheduler/Dispatcher▫ Kooperativ oder konkurrierend▫ Zeitgesteuert oder ereignisgesteuert
• Bei Unterbrechung Sichern aller Register und belegten Speicherplätze und Stack-Speicher (tmpVar)
• Jeder Prozess hat eigenen Speicherbereich
SchedulingVerfahren
statisch dynamisch
konkurrieren
ereignisgesteuertzeitgesteuert
kooperativ
Aufgaben von BS
Threads
• Paralleles Arbeiten innerhalb eines Programmes
• Mehrere Ablauffäden innerhalb eines Prozesses, die sich alle Ressourcen dieses Prozesses teilen
• Austausch
von Daten
innerhalb
der Threads
Aufgaben von BS
Batch-Jobs
• Stapelbetrieb▫ Jeder Prozess (Batch-Job) wurde nach dem Start
komplett bis zu seinem Ende bearbeitet, erst im Anschluss startete der nächste Prozess (Batch-Job) und belegte die CPU ebenfalls bis zu seiner Terminierung.
▫ Entsprechend der Anzahl der Batch-Jobs wurde dieses Prinzip wiederholt, der letzte Prozess in der Reihe musste damit auch am längsten warten, bis er endlich gestartet wurde.
Aufgaben von BS
Multitasking
• mehrere Prozesse wechseln sich bei ihrer Abarbeitung auf der CPU ab
• Multitasking = Mehrprogrammbetrieb.
• besseren Auslastung des Rechners
• neue Möglichkeiten in der Interaktion zwischen dem Computersystem und dem Anwender
SPOOLING
Geschichte von BS
• 1975 – heute: Computernetze und Personalcomputer
• Globale Netze
• Computer für jeden Haushalt
• Betriebssysteme
• MS-DOS
• Windows XX
• Unix/Linux
Computertechnik
„Jeden Morgen Filmriss, wie nach einer langen Partynacht.“
BIOS
Henne-Ei-Problem
- Bootstrapping
- (nach Münchhausen)
- Einfaches System aktiviert komplexes System
- Software zum Starten weiterer Software
BIOS
• Start-Vorgang
BIOS
lokalisation des BS/Filesystem
Lade Betriebsystem in RAM
Starte andere Software
BIOS
• Grund- und Betriebsfunktionen bekannt
▫ ROM => BIOS
• Software nutzt diese um BS zu laden
▫ HDD / CD-ROM / USB
• Weitere Programme benötigen BS
▫ E-Mail / Textverarbeitung etc.
• kleine BS können direkt im ROM sein
• BS werden zum Verarbeiten in RAM geladen
BIOS
• basic input/output system
▫ Firmware von PC
▫ Erstes Programm zum Start
▫ Systemcheck
▫ Startet BS
▫ Ansteuerung und Konfiguration der individuellen Hardware (HAL)
▫ im nichtflüchtigen Speicher auf der Hauptplatine
BIOS
• basic input/output system▫ Das BIOS beinhaltet die grundlegenden Hardware
Konfigurationen beim Systemstart und lädt das Betriebssystem. •▫ Es sorgt dafür, das sich ein PC selber booten kann.▫ Die Initialisierung des BIOS erfolgt durch das Booten, mit dem
der Selbsttest POST (Power On Self Test) durchgeführt wird. ▫ Anschließend werden die BIOS-Routinen abgearbeitet und die
Kommunikation mit den Hardware-Komponenten wie Tastatur, Maus, Laufwerke, Festplatte, RAMs und Monitor aufgenommen
▫ Der im BIOS gespeicherte Befehlssatz ist in der Maschinensprache des Computers geschrieben und fest in einem oder in zwei Chips abgespeichert, typischerweise in einem PROM, EPROM oder EEPROM.
▫ Das BIOS ist bei der Lieferung des PCs bereits fest einprogrammiert und immer verfügbar und kann nicht durch Festplattenfehler beschädigt werden.
Aufgaben
• Was kann man bei einem BIOS alles einstellen?
• Welches sind aktuelle BIOS-Hersteller und wie sehen diese BIOS aus?
• Alternative zu BIOS?
Computertechnik
Betriebsmittel
• Unter einem Betriebsmittel (oder allgemein einer Ressource) eines Rechners versteht man eine beliebige Hardware- oder Software-Ressource.
• Unter einer Hardware-Ressource eines Rechners versteht man eine einzelne Hardware-Komponente dieses Rechners.
• Unter einer Software-Ressource versteht man einen Prozess oder eine Datei auf einem beliebigen Datenträger.
Betriebsmittel
Hardware Ressourcen
• CPU
• RAM
• Geräte Controller
Software Ressourcen
• Compiler
• Datenbank
• Browser
Betriebsmittel
Klassifizierungen:
- Entziehbares Betriebsmittel
- Nicht Entziehbares Betriebsmittel
- Exklusiv nutzbares Betriebsmittel
- Gemeinsam nutzbares Betriebsmittel
Aufgaben von BS
• Verwalten von Ressourcen
▫ Verwaltung von Speichermedien
▫ Programme laden, starten, unterbrechen
▫ Zuteilung von Prozessorzeit
▫ Zuteilung von Arbeitsspeicherplatz
▫ Ein- und Ausgabe koordinieren
• Strukturierte Zuteilung von Ressourcen an laufende Programme
• Fehlerbehandlung
Aufgaben von BS
Prozesse
Prozess starten
Sequentielles Abarbeiten
Unterbrechen möglich
Man gebe in eine Schüssel: 200g Mehl, 100g Zucker und 3 Eier. Man verrühre nun die Zutaten und gebe den Teig in eine Backform. Anschließend backe man diesen Teig 1 Stunde lang bei 200°.
Aufgaben von BS
Aufgaben von BS
Die zentrale Aufgabe eines Betriebssystems ist die Betriebsmittelverwaltung• Prozessverwaltung
▫ Zuweisung von Ressourcen an Programme als Prozesse Verwaltung mehrerer Prozesse Aus- und Einlagern von Prozessen Auswahl des jeweils nächsten Prozesses für die CPU
• Speicherverwaltung▫ Verwaltung des Hauptspeichers ▫ Versorgung aller Prozesse mit benötigten Teilen des Hauptspeichers
Schneller Zugriff auf benötigte Inhalte (Cache, RAM)
• Dateiverwaltung▫ Datei- und Verzeichnisverwaltung auf Datenträgern
Logische Adressierung
• Geräteverwaltung▫ Verwaltung der Ein- und Ausgabegeräte
• Userinterface▫ Benutzeroberfläche für den User bereitstellen
Aufgaben von BS
• Schnittstelle zwischen Mensch und Hardware▫ Userinterface▫ Befehle ▫ Antworten ▫ Intuition durch graph. Oberfläche▫ API – Application Programming Interface
Kommunikation nicht mehr in Maschinensprache Bsp: writeln(dateiNummer, textAdresse, ByteZahl)
• Dienstleistungsprogramme zur Verfügung stellen
Aufgaben von BS
• Dienste
▫ Prozessmanagement
Zuweisung von Ressourcen an Programme als Prozesse
▫ Speichermanagement
Schneller Zugriff auf benötigte Inhalte (Cache, RAM)
▫ Dateiverwaltung
Logische Adressierung
▫ E/A Steuerung
Gerätetreiber, Steuerlogik für Hardware
▫ Benutzeroberfläche bereitstellen
BIOS
Abstraktion des Maschinenbegriffes:
Reale Maschine =
Zentraleinheit + Hardware
Abstrakte Maschine
Reale Maschine + Betriebssystem
Benutzermaschine
Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm
Prozessverwaltung
Prozessverwaltung
• Prozessen wird abwechselnd für eine bestimmte Zeit der Prozessor zur Befehlsverarbeitung zugewiesen.
• Die derzeit nicht in Verarbeitung befindlichen Prozesse befinden sich in einer Warteschlange.
• Ressourcenmanagement▫ Koordinierter Zugriff auf die Hardware▫ Verwaltung von Prozessoren, Hauptspeicher,
Festplatten und vielen weiteren Peripheriegeräten▫ Geordneter Ablauf von Ein- und Ausgaben
Aufgaben von BS
• Schichten
Hardware Abstraction Layer bzw.Board Support Packages
Interrupt VerwaltungTask SychronisationZeitdienste
GUI / Shell
DateisystemeAMIGA
• FFS (Amiga Fast File System): Dateisystem unter AmigaOS
APPLE
• Apple DOS: diskettenbasiertes Dateisystem für den Apple II
• HFS+: weiterentwickelte Variante von HFS mit Journaling und erweiterten Limits, Standard unter Mac OS X
LINUX
• ext2 (Second Extended File System, lange Zeit das Standard-Dateisystem unter Linux)
• ext3 (Third Extended File System): weiterentwickelte Variante von ext2 mit Journaling
• Next3: auf ext3 basierendes Dateisystem, welches die Möglichkeit Snapshots zu erstellen bietet
• ReiserFS: Journaling-Dateisystem von Namesys (B+/B+ Bäume)
WINDOWS
• FAT16: (wird von nahezu jedem Betriebssystem unterstützt)
• FAT32: neuere Variante der FAT-Dateisystemfamilie mit erweiterten Limits, ab Windows 2000
• NTFS (New Technology File System): seit Windows XP Standarddateisystem
• ReFS: Neues Dateisystem, angekündigt für Windows 8, basierend auf B+-Bäumen
UNIX
• FFS (Berkeley Fast File System): Variante von UFS unter BSD
• UFS (UNIX File System): verwendet unter Solaris und BSD
Wechselmedien
• ISO9660 (auch CDFS, Compact Disc File System): Standarddateisystem für CD-ROMs
• UDF (Universal Disk Format): Standarddateisystem für DVDs und Blu-ray Discs
Einfache Befehle
Dateisysteme
Computertechnik
UNIX• 1969 Bell Laboratories
• Ken Thompson, Dennis Ritchie
• System für mehrere Programmierer
▫ Multitasking, Multiuser, Netzwerkfähig
• Anfangs für Großrechner
• Erst Assembler, später C
UNIX-WarsOSF (DEC, Semens, HP, IBM) vs. UI (AT&T, Sun Microsystems)
UNIX - Philosophie
Douglas McIlroy
• Schreibe Computerprogramme so, dass sie nur eine Aufgabe erledigen und diese gut machen.
• Schreibe Programme so, dass sie zusammenarbeiten.
• Schreibe Programme so, dass sie Textströme verarbeiten, denn das ist eine universelle Schnittstelle.
UNIX – Philosophie „Mache nur eine Sache und mache sie gut.“
„Zu frühe Optimierung ist die Wurzel allen Übels.“
„Verwende im Zweifelsfall rohe Gewalt“
„schreibe dummen Code, der schlaue Daten verwendet“
„Unix ist einfach. Es erfordert lediglich ein Genie, um seine Einfachheit zu verstehen
Dennis Ritchie
„Unix wurde nicht entwickelt, um seine Benutzer daran zu hindern, dumme Dinge zu tun, denn das würde diese auch davon abhalten, schlaue Dinge zu tun.“ Doug Gwyn
„Alles ist eine Datei“
UNIX
• Bis UNIX V7 (1979) Quellcode an Universitäten öffentlich
• Berkeley Software Distribution (BSD) basierte auf dem UNIX Code von AT&T
• 80er Jahre: AT&T sperrte Quellcode
und kommerzialisierte das BS,
Lizenzgebühren für BSD
• Firmen lizensierten eigene Versionen
(Bsp: Microsoft Xenix)
• Richard Stallman beginnt mit GNU
• 1992 FreeBSD Initiative
Linux
• Andrew S. Tannenbaum entwickelte MINIX als abgespecktes Testsystem für Studenten
Linux
• Finnischer Student Linus B. Torwald
nutzte Minix für Terminalemulator
• lauffähiger Kernel für 80386 entstand
• C-Compiler durch GNU ersetzt
Linux
• GNU GPL
▫ Software kostenlos nutzen, studieren, ändern und verbreiten – Open Source
• Freier Quellcode lockte viele Programmierer
(1993 bereits 300)
• Oberfläche KDE oder GNOME
“Hello everybody out there using minix -I’m doing a (free) operating system (just a hobby, won’t be big and professional like gnu) for 386(486) AT clones. This has been brewing since April, and is starting to get ready. I’d like any feedback on things people like/dislike in minix, as my OS resembles it somewhat (same physical layout of the file-system (due to practical reasons) among other things).I’ve currently ported bash(1.08) and gcc(1.40), and things seem to work. This implies that I’ll get something practical within a few months, and I’d like to know what features most people would want. Any suggestions are welcome, but I won’t promise I’ll implement them :-)Linus (torvalds@kruuna.helsinki.fi)PS. Yes – it’s free of any minix code, and it has a multi-threaded fs. It is NOT portable (uses 386 task switching etc), and it probably never will support anything other than AT-harddisks, as that’s all I have :-(.”
Posting von 25.8.1991
Linux-Distributionen
• Arch Linux
• (2002)
• keine graph.
Oberfläche
Linux-Distributionen
• Debian (1993)
Linux-Distributionen
• Knoppix (2000)
Linux-Distributionen
• Ubuntu (2004), Heimanwender, auf Debian basiert
Ubuntu Server
Ubuntu TV
Ubuntu Studio
Linux-Distributionen
• Gentoo (1999), komplett individuell
Linux-Distributionen
• Rad Hat (1994), wird nicht mehr weiter entwickelt, RHEL als kostenpflichtige Enterprise Version
Linux-Distributionen
• Fedora (2003)
Linux-Distributionen
• Mandriva (1998), kommerziell aber kostenlos
Linux-Distributionen
• Slackware (1993) streng nach UNIX
Linux-Distributionen
• openSUSE (1992), benutzerfreundliche Distribution
Linux-Distributionen
Linux-Debian
MS-DOS
• Erstes verbreitetes BS für PC• DiskettenverwaltungssystemMicrosoft Disk Operating System• Version 1 für 8086 entwickelt, spätere Versionen
bauten auf diesem System auf und konnten nicht mit neuer Hardware Schritt halten
• Bis 1997 das verbreiteste BS• 16 Bit, RAM bis 640 kB, nicht multitaskingfähig, 8-
Zeichen-Begrenzung für Dateinamen, kein GUI, aufwendige Installation von E/A, keine Sicherheitstechniken
MS-DOS
MS-DOS 1.x 12 (1981) – PC-DOSMS-DOS 2.0 9 (1983) – HDD und Unterverzeichnisse MS-DOS 3.x (1984) – Netzwerke MS-DOS 4.0 (1988) – DOS-Shell MS-DOS 5.0 (1991) – neuer Editor, neues SpeichermodellMS-DOS 6.0 (1993) – Festplattenkomprimierung,
Datenaustausch, Backup, SpeicheroptimierungMS-DOS 7.0 (1995) – Teil von Win95 MS-DOS 8.0 (2000) – Teil von WinME
MS-DOS Befehle
Befehl Wirkung Erklärungcd Öffnet einen Ordner, z.B. CD DOS geht in den Ordner DOS
"Current Directory"
cd .. Geht in der Ordnerhierachie einen Ordner hoch, also von z.B. C:\DOS nach C:\cd \ Es wird in den Stammordner des aktuellen Laufwerkes gewechselt
dir
Zeigt den Inhalt des aktuellen Ordners an, man kann es auch näher definieren, z.B. zeigt dir /w den Ordnerinhalt nacheinander und nicht untereinander an, dir *.exe zeigt nur .exe Dateien im aktuellen Ordner an usw. "Directory"
mkdir Erstellt einen Ordner im aktuellen Ordner"Make Directory"
copy Kopiert Dateien, z.B. copy A:\ C:\ kopiert den Inhalt von A:\ nach C:\ "Kopieren"del Entfernt Dateien und Ordner, z.B. del datei.end löscht die Datei "datei.end" "Delete"move Verschiebt Dateien "Verschieben"ren Benennt Dateien um, z.B. ren a b benennt "a" nach "b" um "Rename"
editStartet den DOS Dateieditor, wenn man eine bestimmte Datei editieren will einfach edit datei.txt "Verändern"
format Formatiert Festplatten und Disketten "Formatieren"fdisk Formatiert Festplatten um sie fürs System benutzbar zu machen "Format Disk"date Zeigt das Datum an und man kann es verändern "Datum"time Zeigt die Zeit an und man kann sie verändern "Zeit"ver Zeigt die aktuelle DOS Version an "Version"
sysNur für ältere DOS Versionen ohne Setup, macht die Festplatte bootbar so dass man nur noch die Systemdateien von der Diskette mit copy A: C: kopieren muss "System"
MS-DOS
MS-DOS
Windows
• Windows 3.1 und 3.11 ab MS-DOS 6.0 als grafische Benutzeroberfläche
• Ursprünglich als Programm Manager
• Eingabe win in
DOS-Eingabeaufforderung
Windows (Sparta)• Anwendungen in Fenstern
• Gleiche Fenster in Größe und Pos. veränderbar
• Durch Maus anklickbar
• WYSIWYG
• Mehrere Programme gleichzeitig
• Austausch von Daten über Zwischenablage
• Netzwerke in Win 3.11
Windows NT 3.51
(Daytona)• Professionelle Version von 3.x
• Für geschwindigkeitsorientierte Anwendungen
Windows 95
(Chicago)
• 32 Bit
• Neue Programme
• „Objektorientierte“ GUI
• Dateinamen bis 256 lang
• RAM bis 4 GB
• Multitasking
• Multithreading
• Plug & Play
Windows NT 4.0• Spezielle Anwendungen
• Sicheres Dateisystem
• Professionelle Netzwerke
• Sicherheitsstandard C2
Windows 98 (Memphis)
• FAT 32 für HDD > 2 GB
• IE
• Internetdateien und
Systemordner gleich
dargestellt
• Assistenten für
Einstellung und
Optimierung
Windows 2000 (Georgia)
• Verschlüsselung von Daten möglich
• Vereinigt Sicherheitsstandards von NT 4.0 mit Benutzerfreundlichkeit von Win98
Windows ME
• Multimedia:
▫ Digitale Foto, Video-, Audiobearbeitung
• Netzwerk-assistenten
• Sicherer Shutdown
• Nachfolger von Win ME/2000
• verschiedene Versionen▫ Home
▫ Professional
▫ Media Center Edition
▫ X64 Edition
• Systemwiderherstellung
• Datensicherung
• Datenverschlüsselung
• Firewall
• Popup Blocker
Windows XP (Whistler/NT5.0)
Windows Server 2003 (NT 5.2)
• Active Directory
• DHCP-Server
• DNS-Server
• POP3 Server
• SMTP Server
• HTTP-Server
• Dateiserver
• IIS
• Print-Server
• Application Server
Windows Vista
(Lognhorn / NT6.0)
• Security Development Lifecycle
• Aero Benutzeroberfläche
• Sidebar
• Flip 3D
• Wndows Mail
• Snipping Tool
• Fotogalerie
• Kontrollfunktion für Eltern
• Benutzerkontensteuerung
Windows 7 (Vienna)
• Marktanteil > 50%• Barrierefreiheit
▫ Sprachsteuerung▫ Sprachausgab e▫ Bildschirmtastatur▫ Bildschirmlupe
• Multitouch• Neues Paint • Neues Wordpad• Neuer Rechner
Windows Server 2008
• Neue Managementkonsole
• Verbesserte Terminaldienste
• Hyper-V
• Windows Power-Shell
• Failover Clustering
• NW-Lastverteilung
Windows 8 (NT 6.3)
• Modern UI und Desktop Oberfläche
• Windows Phone 8
• Windows RT für Tablets
• Benutzerfreundlichkeit für Touchgeräte
• Erhöhung Stabilität und Geschwindigkeit
Windows Server 2012
• Modern UI
• Direct Access 3.0 PKI
• Anbindung an MS Azure
Windows 10
• Einheitliches System für Desktop, Notebook, Tablet, Phone, X-Box, Embedded Devices, Convertibles
MAC OS (1984-2000)• Wurde mit Apple Computern verkauft und
war nur auf diesen lauffähig
• Vollständig graphisch, keine Kommandozeile
• Fehlende RAM Unterstützung
• Anfällig für E/A Konflikte
• Bestimmte Reihenfolge für einige Erweiterungen notwendig
• Ständig weiter optimiert und schließlich eines der robustesten Systeme
MAC OS X• Nachfolger von NeXTStep und Darwin
• Apple Public Source Licence
▫ (quelloffen)
• GUI Aqua
ENDE
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