Vorlesung: 1 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Studiengang Informatik FHDW Vorlesung: Betriebssysteme IV 2. Quartal 2003.

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1 Vorlesung: 1 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Studiengang Informatik FHDW Vorlesung: Betriebssysteme IV 2. Quartal 2003

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

3 Vorlesung: 3 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. HellbergGliederung Wiederholung Betriebssysteme I - III Motivation Kommunikation in verteilten Systemen Einstieg: Problemstellung Rechte Berechtigungen anhand einer praktischen Implementation ISO/OSI-Referenzmodell Vergleich diverser Protokollstacks (TCP/IP...) Einführung Netzwerkkomponenten und -technologien Namensdienste (globale) Verzeichnisdienste (NDS, AD, iPlanet) Problemstellungen in verteilten Systemen Einführung in Netzwerkdienste Ausblick

4 Vorlesung: 4 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 1 Motivation :-) 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?

5 Vorlesung: 5 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 1 Wiederholung Allgemeine Begriffsdefinitionen Enwicklung der Betriebssysteme und Netzwerke Konzepte für Netzwerke und Verteilte Systeme Mainframes und Terminals Netzwerke Thin-Client-Architektur Problemstellungen Ausblick und Motivation

6 Vorlesung: 6 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 2 Prozesskommunikation 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

7 Vorlesung: 7 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 3 Fortgeschrittene 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

8 Vorlesung: 8 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 4 Einführung in Verteilte Systeme Historie und Zielsetzungen Vorteile Verteilter Systeme Nachteile Verteilter Systeme

9 Vorlesung: 9 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 4 Grosch´s Gesetz: Die Rechenleistung eines Prozessors ist proportional zum Quadrat des Preises (doppelt so hohe Kosten bei vierfacher Rechenleistung). Heute ganz andere technische Entwicklungen

10 Vorlesung: 10 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 4 Vorteile verteilter Systeme gegenüber zentralen Systemen Wirtschaftlichkeit Geschwindigkeit Verteiltheit Zuverlässigkeit Erweiterbarkeit

11 Vorlesung: 11 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 4 Leistung / Geschwindigkeit Eine 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).

12 Vorlesung: 12 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 4 Vorteile verteilter Systeme gegenüber isolierten Personalcomputern Gemeinsame Nutzung von Daten Gemeinsame Nutzung von Geräten Kommunikation Flexibilität

13 Vorlesung: 13 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 5 Hardware-Konzepte für Verteilung Bus-basierte Multiprozessorsysteme Schalter-basierte Multiprozessorsysteme Bus-basierte Multicomputersysteme Schalter-basierte Multicomputersysteme

14 Vorlesung: 14 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 6 Software-Konzepte für Verteilung Netzwerkbetriebssysteme und NFS (siehe oben) Echte verteilte Systeme Mehrprozessor-Timesharing-Systeme

15 Vorlesung: 15 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Transparenz Flexibilität Zuverlässigkeit Leistung Skalierbarkeit Zusammenfassung

16 Vorlesung: 16 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Transparenz Ortstransparenz (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)

17 Vorlesung: 17 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Flexibilität Monolithischer Kern Mikrokern Basisdienste des Mikrokernes: Einen Prozeßkommunikationsmechanismus Eine einfache Speicherverwaltung Eine minimale Prozeßverwaltung und ein einfaches Scheduling und Eine einfache I/O-Funktionalität

18 Vorlesung: 18 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Zuverlässigkeit Verfügbarkeit Fehlertoleranz die widersprüchlichen Anforderungen sind beim Entwurf zu beachten

19 Vorlesung: 19 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Leistung Minimale Anforderungen an die Leistung trotz der Merkmale Verschiedene Leistungsmaße können verwendet werden (Benchmarks) Beachtung der Körnungsgröße der Berechnungen Feinkörnige Parallelität Grobkörnige Parallelität

20 Vorlesung: 20 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Skalierbarkeit Für 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 Komponenten Zentrale Tabellen Zentrale Algorithmen Sinnvoll sind. Entstehen dadurch nicht Engpässe?

21 Vorlesung: 21 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 7 Entwurfsentscheidungen Skalierbarkeit Es sollen nur dezentrale Algorithmen mit den folgenden Eigenschaften verwendet werden: Kein Rechner hat die vollständige Information über den Systemzustand Die Rechner treffen nur Entscheidungen auf der Basis lokaler Informationen Der Ausfall eines Rechners terminiert nicht den Algorithmus und Es gibt keine impliziten Annahmen, dass eine globale Uhr existiert

22 Vorlesung: 22 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 8 Kommunikation in Verteilten Systemen Einleitung Schichtenprotokolle ISO / OSI-Referenz-Modell Verbindungsorientierte / verbindungslose Protokolle Die sieben Schichten im Detail Das Client-Server-Modell Ein Beispiel Die Adressierung Blockierende und nicht blockierende Primitive Puffernde und nicht puffernde Primitive Zuverlässige und nicht zuverlässige Primitive Implementierung des Client-Server-Modells

23 Vorlesung: 23 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 9 Client-Server-Modell RPC Wird ergänzt.

24 Vorlesung: 24 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. Hellberg Vorlesungseinheit 10 Zusammenfassung und Wiederholung Klausurvorbereitung Ausblick

25 Vorlesung: 25 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. HellbergENDE Fragen?

26 Vorlesung: 26 Betriebssysteme IV 2003 Prof. Dr. G. HellbergGliederung Tannenbaum, Andrew, Moderne Betriebssysteme M. Weber, Foliensatz Universität Ulm Microsoft Whitepapers