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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