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1.2 Entwicklungsgeschichte Begriff Operating System wurde in den 60er Jahren in den USA geprägt und in Deutschland als Betriebssystem übernommen. Zunächst.

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Präsentation zum Thema: "1.2 Entwicklungsgeschichte Begriff Operating System wurde in den 60er Jahren in den USA geprägt und in Deutschland als Betriebssystem übernommen. Zunächst."—  Präsentation transkript:

1 1.2 Entwicklungsgeschichte Begriff Operating System wurde in den 60er Jahren in den USA geprägt und in Deutschland als Betriebssystem übernommen. Zunächst Stapelbetrieb, späterTeilnehmerbetrieb, dannEinplatzsysteme, dazuClient/Server-Betrieb.

2 HardwareBetriebssoftwareBeispiele Generation:LaderIBM 704 Röhren Generation:Stapelsysteme mitIBM 7090, Zuse Z 23, HalbleiterSpooling (Bänder, Trommeln,Telefunken TR 4 Plattenspäter auch Platten) Generation:Dateisysteme, virtueller Sp.,IBM OS/360, TSS,... HochintegrationTeilnehmersysteme;T.H.E., Multics, Unix (LSI)Datenbanksysteme, Rechnernetze Generation:Personal ComputingMS/DOS Höchstintegr.FenstersystemeApple Lisa, Mac (VLSI), „chips“Client/Server-SystemeSunOS 1990 Schnelle Netze Verteilte BetriebssystemeAmoeba MiddlewareCORBA

3 Perspektive: 2000 Mobile Rechner,eingebettete BSJavaCard allgegenwärtig... Windows/CE 2010sichere BS ? Quantenrechner?QuantenBS ? Aktuelle Forschung: Betriebssystem-Familien Persistente Betriebssysteme Sichere Betriebssysteme Middleware

4 1.2.1 Residenter Lader (resident loader) kann als „Vorläufer“ des Betriebssystems gelten Wie kommt mein Programm in den Speicher? Alternativen:  manuell eingeben an Tasten- und Schalterfeld  Ladeprogramm manuell eingeben und starten: liest Programm z.B. von Lochkarten und entfernt sich zum Schluss selbst  Ladetaste betätigen: startet Laden eines selbstladenden Laders und startet diesen Lader  wie , aber Lader im Speicher belassen !

5 Arbeitsspeicher Residenter Lader freier Speicher 0 16 K

6 1.2.2 Stapelsystem (batch system) bearbeitet ohne manuellen Eingriff eine Folge von Aufträgen (jobs), die als Lochkartenpakete beim Operateur (operator) abgegeben werden. Es gibt Programmkarten, Datenkarten, Steuerkarten. Steuerkarten enthalten Steuerbefehle in einer Auftragssteuersprache (job control language)

7 Rechner Eingabe lesen Ausgabe drucken

8 Residente Systemsoftware:  Lader  Ein/Ausgabe-Routinen („braucht jedes Programm“)  Auftragssteuerung (monitor) überprüft jede Karte, erkennt Steuerkarten, veranlasst Auftragswechsel, Laden von Übersetzern, von übersetzten Programmen Auftragsabbruch bei Fehler wird nach Anschalten des Rechners geladen von Urlader (bootstrap loader)

9 E/A-Routinen Lader Monitor freier Speicher K Arbeitsspeicher

10 E/A-Routinen Lader Monitor freier Speicher K Dienstprogramme auf Magnetband: Übersetzer, Binder,..... Arbeitsspeicher

11 Durchsatzerhöhung durch Überlappung von Lesen – Verarbeiten – Drucken (off-line input/output) EingaberechnerAusgaberechner Verarbeitungs-Rechner

12 Eingabebereich Ausgabebereich Dienstprogramme Benutzerdateien Alle drei Aktivitäten von einem Rechner ausführen lassen  Spooling (simultaneous peripheral operation on-line) vorzugsweise mit Trommel, später Platte: ! Vorstufe von Mehrprozeßbetrieb !

13 1.2.3 Teilnehmersystem (time-sharing system) An einem Rechner hängen viele Arbeitsplätze, Datenstationen (terminals) (= Tastatur + Druckwerk, später Bildschirm) Benutzer steuert die gewünschten Vorgänge interaktiv mittels Befehlssprache (command language) Ausführung im Mehrprozessbetrieb (Oft auch noch Stapelbetrieb und Teilnehmerbetrieb zugleich.)

14 Zentraleinheit mit Teilnehmer- Betriebssystem Multiplexer weitere Peripherie

15 1.3 Architektur von Betriebssystemen Zentrale Aspekte:  Schichtenstruktur  Monolithischer Kern oder Mikrokern  aufrufbasiert oder auftragsbasiert  Objektorientierung

16 1.3.1 Schichtenstruktur Eine Schicht (layer) des Betriebssystems ist zuständig für Verwaltung eines Betriebsmitteltyps, benutzt andere Schichten (durch Aufrufe), wobei „benutzt“ eine lineare Ordnung ist; man sagt auch: die Schichten bilden eine funktionale Hierarchie.

17 1.3.1 Schichtenstruktur Eine Schicht (layer) des Betriebssystems ist zuständig für Verwaltung eines Betriebsmitteltyps, benutzt andere Schichten (durch Aufrufe), wobei „benutzt“ eine lineare Ordnung ist; man sagt auch: die Schichten bilden eine funktionale Hierarchie. Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hardware. Schicht n benutzt die Schichten n-1, n-2,...

18 Andere – äquivalente – Betrachtungsweise: an der Schnittstelle von Schicht 1 sieht man eine abstrakte Maschine (abstract machine), die nicht mehr mit der realen Maschine (Hardware) identisch ist, d.h. Teile von deren Funktionalität verbirgt und dafür neue Funktionalität hinzufügt – entsprechend für Schicht 2,3,..

19 Andere – äquivalente – Betrachtungsweise: an der Schnittstelle von Schicht 1 sieht man eine abstrakte Maschine (abstract machine), die nicht mehr mit der realen Maschine (Hardware) identisch ist, d.h. Teile von deren Funktionalität verbirgt und dafür neue Funktionalität hinzufügt – entsprechend für Schicht 2,3,.. Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hardware. abstrakte Maschine 3 abstrakte Maschine 2 abstrakte Maschine 1 reale Maschine Systemschnittstelle

20 Historisches Beispiel: Einführung des Schichtenprinzips durch T.H.E.(Technische Hogeschool Eindhoven, Dijkstra 1967) Stapelsystem für die Electrologica X8 5Benutzerprogramme 4E/A-Verwaltung (Lochstreifen, Drucker) 3 Konsolverwaltung (Operateur-Konsole) 2 Speicherverwaltung (Arbeitsspeicher, Trommel) 1 Prozeßverwaltung 0 Hardware

21 Typische Schichtung heutiger Betriebssysteme: 6 BefehlsinterpretiererBenutzerprogramme 5 Fenstersystem Middleware 4 E/A-VerwaltungNetzkommunikation 3Dateiverwaltung 2Speicherverwaltung 1Prozeßverwaltung 0Hardware

22 Verwandter Begriff: Virtuelle Maschine (virtual machine, VM) = komplett simulierte reale Maschine Mehrere Exemplare einer VM auf einer realen Maschine  Koexistenz mehrerer Betriebssysteme möglich Beispiele: CP simulierte IBM 360/370 (1969)CP bochsbochs simuliert Intel x86 vmware vmware simuliert Intel x86

23 1.3.2 Kern oder Mikrokern Monolithischer Kern (kernel): das gesamte Betriebssystem (im engeren Sinn) ist in einem Adressraum untergebracht, der auch häufig im Ganzen speicherresident gehalten wird. Mikrokern (microkernel): das Betriebssystem ist auf verschiedene Adressräume aufgeteilt, daher leicht erweiterbar und partiell auslagerbar; keine fest definierte „Systemschnittstelle“ mehr; Mikrokern verwaltet Benutzer- und System-Adressräume.

24 1.3.3 Aufruf- oder auftragsbasiert Zur Erinnerung:  aufrufbasiert:Diensterbringer ist Prozedur/Modul/Objekt und wird vom Klientenprozess mit Aufruf angesprochen  auftragsbasiert:Diensterbringer ist Prozess und wird vom Klientenprozess mit Auftragserteilung angesprochen

25 Bei Betriebssystemen: „Dienst“ ist ein Systemdienst, entweder an der Systemschnittstelle oder an einer systeminternen Schnittstelle Aufrufbasierte Systeme: Prozess wandert durch verschiedene Adressräume dynamische Prozesserzeugung für asynchrone Dienste Auftragsbasierte Systeme: Adressraumwechsel nur bei Prozessumschaltung Diensterbringung in der Regel asynchron

26 1.3.4 Objektorientierung bei Betriebssystemen  Implementierung eines Betriebssystems: Assembler war lange gebräuchlich (bis etwa 1970) Systemimplementierungssprache (C, Modula,...) Schicht besteht aus mehreren Modulen, aber ein Modul kann sich auch über mehr als eine Schicht erstrecken objektorientierte Sprache (C++) höhere Schicht kann Klasse aus tieferer Schicht erweitern

27  Objektorientierung an der Systemschnittstelle: Betriebssystem verwaltet Systemtypen (z.B. Prozess, Semaphor, Datei, Port,...), von denen Objekte erzeugt werden können (die im Adressraum des Betriebssystems liegen) Betriebssystem verwaltet ausschließlich Typen und Objekte, auch für die Benutzerprogramme – unterstützt durch entsprechende Adressraum-Strukturierung Beachte: Das Objektmodell eines objektorientierten Betriebssystems ist programmiersprachenunabhängig


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