Vorlesung: 1 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Studiengang Informatik FHDWStudiengang Informatik FHDW

Vorlesung:

Betriebssysteme IV

2. Quartal 2003

Vorlesung: 2 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Betriebssysteme: AllgemeinesBetriebssysteme: AllgemeinesIn 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.

Vorlesung: 3 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

GliederungGliederungWiederholung Betriebssysteme I - IIIMotivationKommunikation in verteilten SystemenEinstieg: Problemstellung Rechte Berechtigungen anhand einer praktischen ImplementationISO/OSI-ReferenzmodellVergleich diverser Protokollstacks (TCP/IP...)Einführung Netzwerkkomponenten und -technologienNamensdienste (globale) Verzeichnisdienste (NDS, AD, iPlanet)Problemstellungen in verteilten SystemenEinführung in Netzwerkdienste Ausblick

Vorlesung: 4 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 1Vorlesungseinheit 1Motivation :-)

Was erwarten Sie von diesem Vorlesungs-Quartal?

Zentrale Fragestellungen:

Was ist der zentrale Unterschied von Betriebssystemen zu “Verteilten Systemen”?

Warum werden “Verteilte Systeme” entwickelt?

Welche Problemstellungen sind zu erwarten?

Welche Lösungsansätze existieren?

An welchen Stellen haben Sie bereits Berührung mit “Verteilten Systemen” gehabt?

Vorlesung: 5 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 1Vorlesungseinheit 1Wiederholung

Allgemeine Begriffsdefinitionen

Enwicklung der Betriebssysteme und Netzwerke

Konzepte für Netzwerke und “Verteilte Systeme”

Mainframes und Terminals

Netzwerke

“Thin-Client-Architektur”

Problemstellungen

Ausblick und Motivation

Vorlesung: 6 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 2Vorlesungseinheit 2Prozesskommunikation über Rechnergrenzen hinweg

Grundsätzliches

Protokolle / Protokollstacks (allgemein)

ISO/OSI-Referenzmodell

TCP/IP

Vergleich mit anderen Protokollstacks

Netzwerkhardware (Überblick)

Umsetzung bei den aktuellen BS in der Praxis

Vorlesung: 7 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 3Vorlesungseinheit 3Fortgeschrittene Prozesskommunikation

Überblick

Einführung in die Möglichkeiten “verteilter Systeme” am Beispiel von LANs

Datenübertragung

Netzwerkdienste

Tools und Programme

Praxis-Beispiel 1: DHCP

Praxis-Beispiel 2: NFS

Vorlesung: 8 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4Einführung in “Verteilte Systeme”

Historie und Zielsetzungen

Vorteile “Verteilter Systeme”

Nachteile “Verteilter Systeme”

Vorlesung: 9 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4Grosch´s Gesetz:

“Die Rechenleistung eines Prozessors ist proportional zum Quadrat des Preises” (doppelt so hohe Kosten bei vierfacher Rechenleistung).

Heute ganz andere technische Entwicklungen

Vorlesung: 10 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4Vorteile verteilter Systeme gegenüber zentralen Systemen

WirtschaftlichkeitGeschwindigkeitVerteiltheitZuverlässigkeitErweiterbarkeit

Vorlesung: 11 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4Leistung / GeschwindigkeitEine Menge von Mikroprozessoren bietet ein besseres Preis- / Leistungsverhältnis als ein einzelner Großrechner

Mit der derzeitigen Technologie könnte man ein System aus 1000 modernen Prozessoren bauen, die jeweils 20 Mips besitzen

Daraus 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).

Vorlesung: 12 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 4Vorlesungseinheit 4Vorteile verteilter Systeme gegenüber isolierten Personalcomputern

Gemeinsame Nutzung von DatenGemeinsame Nutzung von GerätenKommunikationFlexibilität

Vorlesung: 13 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 5Vorlesungseinheit 5Hardware-Konzepte für Verteilung

Bus-basierte Multiprozessorsysteme

Schalter-basierte Multiprozessorsysteme

Bus-basierte Multicomputersysteme

Schalter-basierte Multicomputersysteme

Vorlesung: 14 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 6Vorlesungseinheit 6Software-Konzepte für Verteilung

Netzwerkbetriebssysteme und NFS (siehe oben)

Echte verteilte Systeme

Mehrprozessor-Timesharing-Systeme

Vorlesung: 15 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

Transparenz

Flexibilität

Zuverlässigkeit

Leistung

Skalierbarkeit

Zusammenfassung

Vorlesung: 16 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

TransparenzOrtstransparenz (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)

Vorlesung: 17 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

FlexibilitätMonolithischer KernMikrokern

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

Vorlesung: 18 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

ZuverlässigkeitVerfügbarkeitFehlertoleranzdie widersprüchlichen Anforderungen sind beim Entwurf zu beachten

Vorlesung: 19 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

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

Feinkörnige ParallelitätGrobkörnige Parallelität

Vorlesung: 20 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

SkalierbarkeitFür 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?

Vorlesung: 21 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 7Vorlesungseinheit 7Entwurfsentscheidungen

SkalierbarkeitEs 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

Vorlesung: 22 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 8Vorlesungseinheit 8Kommunikation in “Verteilten Systemen”

EinleitungSchichtenprotokolleISO / 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

Vorlesung: 23 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 9Vorlesungseinheit 9Client-Server-Modell

RPC

Wird ergänzt.

Vorlesung: 24 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

Vorlesungseinheit 10Vorlesungseinheit 10Zusammenfassung und Wiederholung

Klausurvorbereitung

Ausblick

Vorlesung: 25 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

ENDEENDE

Fragen?Fragen?

Vorlesung: 26 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg

GliederungGliederungTannenbaum, Andrew, Moderne BetriebssystemeM. Weber, Foliensatz Universität UlmMicrosoft Whitepapers