Wiederholung Betriebssystem bietet eine Abstraktion der Hardware an: Dateien sind eine Abstraktion von persistentem Speicher geräteunabhängig organisiert in baumartigen Verzeichnisstrukturen zu jeder Datei gehört ein Pfad in diesem Baum Adressraum eines Prozesses ist eine Abstraktion des Arbeitsspeichers des Rechners virtueller Speicher abstrahiert von der Größe des vorhandenen Arbeitsspeichers virtuelle Adressen abstrahieren von physischen Adressen Betriebssystem verwaltet Ein-/Ausgabegeräte Gerätetreiber sind geräteabhängig, realisieren Abstraktion des Geräts RW-Systemarchitektur Kap. 7

Systemfunktionen (System Calls) Schnittstelle zum Betriebssystem realisieren Betriebssystem-Dienste, z.B. Ein-/Ausgabe, Dateioperationen, Prozesskreieren, -löschen, … schalten zwischen Benutzer-Modus und System-Modus um, manche blockieren den aufrufenden Prozess. Aufruf Systemfunktion Wiederaufnahme Benutzerprogramm Benutzer- programm Benutzer- Modus blockiert Betriebs- system System- Modus Ausführung Systemfunktion RW-Systemarchitektur Kap. 7

Systemfunktionen (System Calls) Systemfunktionen organisiert in Programmbibliothek Aufrufe sehen wie Prozeduraufrufe aus Aufrufer blockiert, neuer Eintrag für Systemfunktion (mit Rückkehradresse) auf dem Laufzeitkeller angelegt, dieser Eintrag bei Rückkehr wieder aufgegeben, Ausführung Benutzerprogramm an der Rückkehradresse fortgesetzt. Unterschiede: Wechsel zwischen Benutzer- und System-Modus Aufruf implementiert durch trap-Befehl statt durch üblichen Unterprogramm-Aufruf-Befehl trap-Befehl schaltet um in System-Modus, übergibt die Nummer der Systemfunktion RW-Systemarchitektur Kap. 7

Schritte für die Ausführung eines Systemdienstes 11 Schritte für die Ausführung von read (fd, buffer, nbytes) RW-Systemarchitektur Kap. 7

Systemdienste Prozesse besitzen 3 Segmente: Programmtext, Daten, Keller RW-Systemarchitektur Kap. 7

Klassen von Systemfunktionen (POSIX) Prozessverwaltung: pid = fork() : lege Kopie des aktuellen Prozesses an, fährt unabhängig fort; gibt dem Vater-Prozess den Prozess-Identifier (pid) des neuen Prozesses und diesem 0 zurück waitpid((pid, … , …) : Vater-Prozess wartet auf Terminierung der Kind-Prozesse s = execve(name, argv, environp) : führe Kommando mir Name name aus Dateiverwaltung: fd = openfile(file, modus, …) : öffne Datei für Lesen und/oder Schreiben s = close (fd) : schließe eine geöffnete Datei n = read(fd, buffer, nbytes) : lese Daten aus Datei in Puffer n = write(fd, buffer, nbytes) : schreibe Daten aus Puffer in Datei … RW-Systemarchitektur Kap. 7

Beispiel – Kommando-Interpreter (Shell) Shell wartet auf Eingabe von Benutzer-Kommandos kreiert einen neuen Prozess für die Ausführung des Kommandos #define TRUE = 1 while (TRUE) { /* Endlosschleife */ type_prompt(); /* gebe Prompt auf Bildschirm aus */ read_command(comm, params) /* lese Eingabe vom Terminal */ if (fork()!=0){ /* kreiere Kind-Prozess */ /* Vater-Prozess */ waitpid(…) /* warte auf Terminierung Kind-Prozess */ } else { /* Kind-Prozess */ execve(comm, params, 0); /* führe Kommando aus */ } RW-Systemarchitektur Kap. 7

(Einige) Betriebssystem-Strukturen Monolithische Struktur – das ganze Betriebssystem ist ein ausführbares Maschinenprogramm Geschichtetes System Mikrokerne Client-Server Virtuelle Maschinen RW-Systemarchitektur Kap. 7

Geschichtetes System (THE System, Dijkstra 1968) Stapelverarbeitungs-Betriebssystem 5 Operateur ab hier: Virtualisierung des Prozessors ab hier: Lage-unabh. Speicheradressierung ab hier: Virtualisierung der Operateur-Konsole ab hier: Abstraktion der Ein-/Ausgabegeräte 4 Benutzerprogramme 3 Ein-/Ausgabe-Verwaltung 2 Kommunikation Operateur- Prozess 1 Speicher- und Trommel-Verwaltung 0 Prozessor-Verwaltung und Multiprogramming Hardware RW-Systemarchitektur Kap. 7

Mikrokerne Prinzip: Teile Betriebssystem in eine Menge von Modulen auf, von denen nur einer, der Mikrokern, im System-Modus laufen muss. Halte Mikrokern so klein wie möglich. Grund: Fehler im Kern sind gefährlicher als Fehler in Benutzerprogrammen. Sie können das System zum Absturz bringen. Fehler in Benutzerprogramm i.A. nicht. Größerer Kern  mehr Fehler. RW-Systemarchitektur Kap. 7

Virtuelle Maschinen Virtual Machine Monitor organisiert den Mehrprogrammbetrieb mit mehreren identischen Kopien der Hardware, aber ohne Erweiterungen wie Dateien etc. Auf jeder Kopie kann ein (evtl. anderes) Betriebssystem laufen. Problem: Das Abfangen von privilegierten Befehlen – Abfangen in CMS-virtueller Maschine (trap in CMS), CMS führt Ein-/Ausgabe-Operationen aus (trap in VM/370), Ausführen auf der realen Hardware. RW-Systemarchitektur Kap. 7

Client-Server Client-Server in verteiltem BS Gleicher Aufruf – verschiedene Implementierung RW-Systemarchitektur Kap. 7