Wirtschaftsinformatik

04: Betriebssysteme

Dozent: R. Witte

Computertechnik

Vier Personen mit genau einer Taschenlampe wollen nachts eine Hängebrücke überqueren, die maximal 2 Personen trägt. Da es sehr dunkel ist, MUSS die Taschenlampe jedes Mal mitgeführt werden. Für die Überquerung benötigt jede Person eine andere Zeit. Gehen zwei Personen, bestimmt die Langsamere das Tempo.

In welcher Reihenfolge müssen die Personen die Brücke überqueren, um nicht mehr als eine Stunde zu benötigen?

A: 5 minB: 10 minC: 20 minD: 25 min

Computertechnik

Computertechnik

Ein Bündel von verschiedenen Programmen Enthält Schnittstellen, die

das Zusammenspiel von Hardware und Software ermöglichen.

Kommuniziert mit allen benötigten Hardware-Komponenten

Fehlerbehandlung

Speicher- und Prozessverwaltung

Notwendig, um den Computer überhaupt starten zu können.

Definition

„Das Betriebssystem wird gebildet durch die

Programme eines digitalen Rechensystems,

die zusammen mit den Eigenschaften der

Rechenanlage die Grundlage der möglichen

Betriebsarten des digitalen Rechensystems

bilden und insbesondere die Ausführung von

Programmen steuern und überwachen.“

DIN 44300

Definition

„Das Betriebssystem wird gebildet durch die

Programme eines digitalen Rechensystems,

die zusammen mit den Eigenschaften der

Rechenanlage die Grundlage der möglichen

Betriebsarten des digitalen Rechensystems

bilden und insbesondere die Ausführung von

Programmen steuern und überwachen.“

DIN 44300

Definition

„Ein Betriebssystem ist ein Programm, das dem Benutzer und Anwendungsprogrammen elementare Dienste bereitstellt. Das Betriebssystem steuert und überwacht die Abwicklung von Programmen und regelt den Betrieb des Rechnersystems.“

Eisenhardt et.al.

Computertechnik

Moore´s LawKomplexität integrierter Schaltkreise verdoppelt sich alle 18 Monate

Gordon Moore, 1965

Geschichte von BS

• 1940 – 50: Röhren und Steckbretter

• kein BS

• Aufgaben direkt in Maschinensprache

• Umstecken von Kabeln, um Grundfunktionen zu programmieren

• Keine Programmiersprachen

Geschichte von BS

• 1950 – 60: Transistoren und Stapelsysteme

• Programme auf Lochkarten

• Separates Einlesen

• Durch Transistoren viel komplexere Berechnung und leistungsfähigere Rechner möglich

• Trennung

Geschichte von BS

Designer – Operator – Wartung – Programmierer

• Stapelsysteme um Wege zu sparen

311164058381

PDP-1 von DEC1. Minicomputer16 Zeilen / 64 Zeichen 1959 entwickelt

https://www.youtube.com/watch?v=pqAg0GJLPGk

https://www.youtube.com/watch?v=7bzWnaH-0sg

Geschichte von BS

• 1960 – 75: Integrierte Schaltkreise• OS/360 von IBM

• Komplex aber universell• Multiprogramming

• Speicher geteilt für verschiedene Jobs• Spooling

• Simultaneous Peripheral Operation On Line

• Jobs direkt in Warteschlange schreiben• Sharing

• Einteilen von CPU-Zeit in Zeitscheiben

Aufgaben von BS

Scheduling

• Mehrere Prozesse gleichzeitig• Auswahl des nächsten Prozesses

durch Scheduler/Dispatcher▫ Kooperativ oder konkurrierend▫ Zeitgesteuert oder ereignisgesteuert

• Bei Unterbrechung Sichern aller Register und belegten Speicherplätze und Stack-Speicher (tmpVar)

• Jeder Prozess hat eigenen Speicherbereich

SchedulingVerfahren

statisch dynamisch

konkurrieren

ereignisgesteuertzeitgesteuert

kooperativ

Aufgaben von BS

Threads

• Paralleles Arbeiten innerhalb eines Programmes

• Mehrere Ablauffäden innerhalb eines Prozesses, die sich alle Ressourcen dieses Prozesses teilen

• Austausch

von Daten

innerhalb

der Threads

Aufgaben von BS

Batch-Jobs

• Stapelbetrieb▫ Jeder Prozess (Batch-Job) wurde nach dem Start

komplett bis zu seinem Ende bearbeitet, erst im Anschluss startete der nächste Prozess (Batch-Job) und belegte die CPU ebenfalls bis zu seiner Terminierung.

▫ Entsprechend der Anzahl der Batch-Jobs wurde dieses Prinzip wiederholt, der letzte Prozess in der Reihe musste damit auch am längsten warten, bis er endlich gestartet wurde.

Aufgaben von BS

Multitasking

• mehrere Prozesse wechseln sich bei ihrer Abarbeitung auf der CPU ab

• Multitasking = Mehrprogrammbetrieb.

• besseren Auslastung des Rechners

• neue Möglichkeiten in der Interaktion zwischen dem Computersystem und dem Anwender

SPOOLING

Geschichte von BS

• 1975 – heute: Computernetze und Personalcomputer

• Globale Netze

• Computer für jeden Haushalt

• Betriebssysteme

• MS-DOS

• Windows XX

• Unix/Linux

Computertechnik

„Jeden Morgen Filmriss, wie nach einer langen Partynacht.“

BIOS

Henne-Ei-Problem

- Bootstrapping

- (nach Münchhausen)

- Einfaches System aktiviert komplexes System

- Software zum Starten weiterer Software

BIOS

• Start-Vorgang

BIOS

lokalisation des BS/Filesystem

Lade Betriebsystem in RAM

Starte andere Software

BIOS

• Grund- und Betriebsfunktionen bekannt

▫ ROM => BIOS

• Software nutzt diese um BS zu laden

▫ HDD / CD-ROM / USB

• Weitere Programme benötigen BS

▫ E-Mail / Textverarbeitung etc.

• kleine BS können direkt im ROM sein

• BS werden zum Verarbeiten in RAM geladen

BIOS

• basic input/output system

▫ Firmware von PC

▫ Erstes Programm zum Start

▫ Systemcheck

▫ Startet BS

▫ Ansteuerung und Konfiguration der individuellen Hardware (HAL)

▫ im nichtflüchtigen Speicher auf der Hauptplatine

BIOS

• basic input/output system▫ Das BIOS beinhaltet die grundlegenden Hardware

Konfigurationen beim Systemstart und lädt das Betriebssystem. •▫ Es sorgt dafür, das sich ein PC selber booten kann.▫ Die Initialisierung des BIOS erfolgt durch das Booten, mit dem

der Selbsttest POST (Power On Self Test) durchgeführt wird. ▫ Anschließend werden die BIOS-Routinen abgearbeitet und die

Kommunikation mit den Hardware-Komponenten wie Tastatur, Maus, Laufwerke, Festplatte, RAMs und Monitor aufgenommen

▫ Der im BIOS gespeicherte Befehlssatz ist in der Maschinensprache des Computers geschrieben und fest in einem oder in zwei Chips abgespeichert, typischerweise in einem PROM, EPROM oder EEPROM.

▫ Das BIOS ist bei der Lieferung des PCs bereits fest einprogrammiert und immer verfügbar und kann nicht durch Festplattenfehler beschädigt werden.

Aufgaben

• Was kann man bei einem BIOS alles einstellen?

• Welches sind aktuelle BIOS-Hersteller und wie sehen diese BIOS aus?

• Alternative zu BIOS?

Computertechnik

Betriebsmittel

• Unter einem Betriebsmittel (oder allgemein einer Ressource) eines Rechners versteht man eine beliebige Hardware- oder Software-Ressource.

• Unter einer Hardware-Ressource eines Rechners versteht man eine einzelne Hardware-Komponente dieses Rechners.

• Unter einer Software-Ressource versteht man einen Prozess oder eine Datei auf einem beliebigen Datenträger.

Betriebsmittel

Hardware Ressourcen

• CPU

• RAM

• Geräte Controller

Software Ressourcen

• Compiler

• Datenbank

• Browser

Betriebsmittel

Klassifizierungen:

- Entziehbares Betriebsmittel

- Nicht Entziehbares Betriebsmittel

- Exklusiv nutzbares Betriebsmittel

- Gemeinsam nutzbares Betriebsmittel

Aufgaben von BS

• Verwalten von Ressourcen

▫ Verwaltung von Speichermedien

▫ Programme laden, starten, unterbrechen

▫ Zuteilung von Prozessorzeit

▫ Zuteilung von Arbeitsspeicherplatz

▫ Ein- und Ausgabe koordinieren

• Strukturierte Zuteilung von Ressourcen an laufende Programme

• Fehlerbehandlung

Aufgaben von BS

Prozesse

Prozess starten

Sequentielles Abarbeiten

Unterbrechen möglich

Man gebe in eine Schüssel: 200g Mehl, 100g Zucker und 3 Eier. Man verrühre nun die Zutaten und gebe den Teig in eine Backform. Anschließend backe man diesen Teig 1 Stunde lang bei 200°.

Aufgaben von BS

Aufgaben von BS

Die zentrale Aufgabe eines Betriebssystems ist die Betriebsmittelverwaltung• Prozessverwaltung

▫ Zuweisung von Ressourcen an Programme als Prozesse Verwaltung mehrerer Prozesse Aus- und Einlagern von Prozessen Auswahl des jeweils nächsten Prozesses für die CPU

• Speicherverwaltung▫ Verwaltung des Hauptspeichers ▫ Versorgung aller Prozesse mit benötigten Teilen des Hauptspeichers

Schneller Zugriff auf benötigte Inhalte (Cache, RAM)

• Dateiverwaltung▫ Datei- und Verzeichnisverwaltung auf Datenträgern

Logische Adressierung

• Geräteverwaltung▫ Verwaltung der Ein- und Ausgabegeräte

• Userinterface▫ Benutzeroberfläche für den User bereitstellen

Aufgaben von BS

• Schnittstelle zwischen Mensch und Hardware▫ Userinterface▫ Befehle ▫ Antworten ▫ Intuition durch graph. Oberfläche▫ API – Application Programming Interface

Kommunikation nicht mehr in Maschinensprache Bsp: writeln(dateiNummer, textAdresse, ByteZahl)

• Dienstleistungsprogramme zur Verfügung stellen

Aufgaben von BS

• Dienste

▫ Prozessmanagement

Zuweisung von Ressourcen an Programme als Prozesse

▫ Speichermanagement

Schneller Zugriff auf benötigte Inhalte (Cache, RAM)

▫ Dateiverwaltung

Logische Adressierung

▫ E/A Steuerung

Gerätetreiber, Steuerlogik für Hardware

▫ Benutzeroberfläche bereitstellen

BIOS

Abstraktion des Maschinenbegriffes:

Reale Maschine =

Zentraleinheit + Hardware

Abstrakte Maschine

Reale Maschine + Betriebssystem

Benutzermaschine

Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm

Prozessverwaltung

Prozessverwaltung

• Prozessen wird abwechselnd für eine bestimmte Zeit der Prozessor zur Befehlsverarbeitung zugewiesen.

• Die derzeit nicht in Verarbeitung befindlichen Prozesse befinden sich in einer Warteschlange.

• Ressourcenmanagement▫ Koordinierter Zugriff auf die Hardware▫ Verwaltung von Prozessoren, Hauptspeicher,

Festplatten und vielen weiteren Peripheriegeräten▫ Geordneter Ablauf von Ein- und Ausgaben

Aufgaben von BS

• Schichten

Hardware Abstraction Layer bzw.Board Support Packages

Interrupt VerwaltungTask SychronisationZeitdienste

GUI / Shell

DateisystemeAMIGA

• FFS (Amiga Fast File System): Dateisystem unter AmigaOS

APPLE

• Apple DOS: diskettenbasiertes Dateisystem für den Apple II

• HFS+: weiterentwickelte Variante von HFS mit Journaling und erweiterten Limits, Standard unter Mac OS X

LINUX

• ext2 (Second Extended File System, lange Zeit das Standard-Dateisystem unter Linux)

• ext3 (Third Extended File System): weiterentwickelte Variante von ext2 mit Journaling

• Next3: auf ext3 basierendes Dateisystem, welches die Möglichkeit Snapshots zu erstellen bietet

• ReiserFS: Journaling-Dateisystem von Namesys (B+/B+ Bäume)

WINDOWS

• FAT16: (wird von nahezu jedem Betriebssystem unterstützt)

• FAT32: neuere Variante der FAT-Dateisystemfamilie mit erweiterten Limits, ab Windows 2000

• NTFS (New Technology File System): seit Windows XP Standarddateisystem

• ReFS: Neues Dateisystem, angekündigt für Windows 8, basierend auf B+-Bäumen

UNIX

• FFS (Berkeley Fast File System): Variante von UFS unter BSD

• UFS (UNIX File System): verwendet unter Solaris und BSD

Wechselmedien

• ISO9660 (auch CDFS, Compact Disc File System): Standarddateisystem für CD-ROMs

• UDF (Universal Disk Format): Standarddateisystem für DVDs und Blu-ray Discs

Einfache Befehle

Dateisysteme

Computertechnik

UNIX• 1969 Bell Laboratories

• Ken Thompson, Dennis Ritchie

• System für mehrere Programmierer

▫ Multitasking, Multiuser, Netzwerkfähig

• Anfangs für Großrechner

• Erst Assembler, später C

UNIX-WarsOSF (DEC, Semens, HP, IBM) vs. UI (AT&T, Sun Microsystems)

UNIX - Philosophie

Douglas McIlroy

• Schreibe Computerprogramme so, dass sie nur eine Aufgabe erledigen und diese gut machen.

• Schreibe Programme so, dass sie zusammenarbeiten.

• Schreibe Programme so, dass sie Textströme verarbeiten, denn das ist eine universelle Schnittstelle.

UNIX – Philosophie „Mache nur eine Sache und mache sie gut.“

„Zu frühe Optimierung ist die Wurzel allen Übels.“

„Verwende im Zweifelsfall rohe Gewalt“

„schreibe dummen Code, der schlaue Daten verwendet“

„Unix ist einfach. Es erfordert lediglich ein Genie, um seine Einfachheit zu verstehen

Dennis Ritchie

„Unix wurde nicht entwickelt, um seine Benutzer daran zu hindern, dumme Dinge zu tun, denn das würde diese auch davon abhalten, schlaue Dinge zu tun.“ Doug Gwyn

„Alles ist eine Datei“

UNIX

• Bis UNIX V7 (1979) Quellcode an Universitäten öffentlich

• Berkeley Software Distribution (BSD) basierte auf dem UNIX Code von AT&T

• 80er Jahre: AT&T sperrte Quellcode

und kommerzialisierte das BS,

Lizenzgebühren für BSD

• Firmen lizensierten eigene Versionen

(Bsp: Microsoft Xenix)

• Richard Stallman beginnt mit GNU

• 1992 FreeBSD Initiative

Linux

• Andrew S. Tannenbaum entwickelte MINIX als abgespecktes Testsystem für Studenten

Linux

• Finnischer Student Linus B. Torwald

nutzte Minix für Terminalemulator

• lauffähiger Kernel für 80386 entstand

• C-Compiler durch GNU ersetzt

Linux

• GNU GPL

▫ Software kostenlos nutzen, studieren, ändern und verbreiten – Open Source

• Freier Quellcode lockte viele Programmierer

(1993 bereits 300)

• Oberfläche KDE oder GNOME

“Hello everybody out there using minix -I’m doing a (free) operating system (just a hobby, won’t be big and professional like gnu) for 386(486) AT clones. This has been brewing since April, and is starting to get ready. I’d like any feedback on things people like/dislike in minix, as my OS resembles it somewhat (same physical layout of the file-system (due to practical reasons) among other things).I’ve currently ported bash(1.08) and gcc(1.40), and things seem to work. This implies that I’ll get something practical within a few months, and I’d like to know what features most people would want. Any suggestions are welcome, but I won’t promise I’ll implement them :-)Linus (torvalds@kruuna.helsinki.fi)PS. Yes – it’s free of any minix code, and it has a multi-threaded fs. It is NOT portable (uses 386 task switching etc), and it probably never will support anything other than AT-harddisks, as that’s all I have :-(.”

Posting von 25.8.1991

Linux-Distributionen

• Arch Linux

• (2002)

• keine graph.

Oberfläche

Linux-Distributionen

• Debian (1993)

Linux-Distributionen

• Knoppix (2000)

Linux-Distributionen

• Ubuntu (2004), Heimanwender, auf Debian basiert

Ubuntu Server

Ubuntu TV

Ubuntu Studio

Linux-Distributionen

• Gentoo (1999), komplett individuell

Linux-Distributionen

• Rad Hat (1994), wird nicht mehr weiter entwickelt, RHEL als kostenpflichtige Enterprise Version

Linux-Distributionen

• Fedora (2003)

Linux-Distributionen

• Mandriva (1998), kommerziell aber kostenlos

Linux-Distributionen

• Slackware (1993) streng nach UNIX

Linux-Distributionen

• openSUSE (1992), benutzerfreundliche Distribution

Linux-Distributionen

Linux-Debian

MS-DOS

• Erstes verbreitetes BS für PC• DiskettenverwaltungssystemMicrosoft Disk Operating System• Version 1 für 8086 entwickelt, spätere Versionen

bauten auf diesem System auf und konnten nicht mit neuer Hardware Schritt halten

• Bis 1997 das verbreiteste BS• 16 Bit, RAM bis 640 kB, nicht multitaskingfähig, 8-

Zeichen-Begrenzung für Dateinamen, kein GUI, aufwendige Installation von E/A, keine Sicherheitstechniken

MS-DOS

MS-DOS 1.x 12 (1981) – PC-DOSMS-DOS 2.0 9 (1983) – HDD und Unterverzeichnisse MS-DOS 3.x (1984) – Netzwerke MS-DOS 4.0 (1988) – DOS-Shell MS-DOS 5.0 (1991) – neuer Editor, neues SpeichermodellMS-DOS 6.0 (1993) – Festplattenkomprimierung,

Datenaustausch, Backup, SpeicheroptimierungMS-DOS 7.0 (1995) – Teil von Win95 MS-DOS 8.0 (2000) – Teil von WinME

MS-DOS Befehle

Befehl Wirkung Erklärungcd Öffnet einen Ordner, z.B. CD DOS geht in den Ordner DOS

"Current Directory"

cd .. Geht in der Ordnerhierachie einen Ordner hoch, also von z.B. C:\DOS nach C:\cd \ Es wird in den Stammordner des aktuellen Laufwerkes gewechselt

dir

Zeigt den Inhalt des aktuellen Ordners an, man kann es auch näher definieren, z.B. zeigt dir /w den Ordnerinhalt nacheinander und nicht untereinander an, dir *.exe zeigt nur .exe Dateien im aktuellen Ordner an usw. "Directory"

mkdir Erstellt einen Ordner im aktuellen Ordner"Make Directory"

copy Kopiert Dateien, z.B. copy A:\ C:\ kopiert den Inhalt von A:\ nach C:\ "Kopieren"del Entfernt Dateien und Ordner, z.B. del datei.end löscht die Datei "datei.end" "Delete"move Verschiebt Dateien "Verschieben"ren Benennt Dateien um, z.B. ren a b benennt "a" nach "b" um "Rename"

editStartet den DOS Dateieditor, wenn man eine bestimmte Datei editieren will einfach edit datei.txt "Verändern"

format Formatiert Festplatten und Disketten "Formatieren"fdisk Formatiert Festplatten um sie fürs System benutzbar zu machen "Format Disk"date Zeigt das Datum an und man kann es verändern "Datum"time Zeigt die Zeit an und man kann sie verändern "Zeit"ver Zeigt die aktuelle DOS Version an "Version"

sysNur für ältere DOS Versionen ohne Setup, macht die Festplatte bootbar so dass man nur noch die Systemdateien von der Diskette mit copy A: C: kopieren muss "System"

MS-DOS

MS-DOS

Windows

• Windows 3.1 und 3.11 ab MS-DOS 6.0 als grafische Benutzeroberfläche

• Ursprünglich als Programm Manager

• Eingabe win in

DOS-Eingabeaufforderung

Windows (Sparta)• Anwendungen in Fenstern

• Gleiche Fenster in Größe und Pos. veränderbar

• Durch Maus anklickbar

• WYSIWYG

• Mehrere Programme gleichzeitig

• Austausch von Daten über Zwischenablage

• Netzwerke in Win 3.11

Windows NT 3.51

(Daytona)• Professionelle Version von 3.x

• Für geschwindigkeitsorientierte Anwendungen

Windows 95

(Chicago)

• 32 Bit

• Neue Programme

• „Objektorientierte“ GUI

• Dateinamen bis 256 lang

• RAM bis 4 GB

• Multitasking

• Multithreading

• Plug & Play

Windows NT 4.0• Spezielle Anwendungen

• Sicheres Dateisystem

• Professionelle Netzwerke

• Sicherheitsstandard C2

Windows 98 (Memphis)

• FAT 32 für HDD > 2 GB

• IE

• Internetdateien und

Systemordner gleich

dargestellt

• Assistenten für

Einstellung und

Optimierung

Windows 2000 (Georgia)

• Verschlüsselung von Daten möglich

• Vereinigt Sicherheitsstandards von NT 4.0 mit Benutzerfreundlichkeit von Win98

Windows ME

• Multimedia:

▫ Digitale Foto, Video-, Audiobearbeitung

• Netzwerk-assistenten

• Sicherer Shutdown

• Nachfolger von Win ME/2000

• verschiedene Versionen▫ Home

▫ Professional

▫ Media Center Edition

▫ X64 Edition

• Systemwiderherstellung

• Datensicherung

• Datenverschlüsselung

• Firewall

• Popup Blocker

Windows XP (Whistler/NT5.0)

Windows Server 2003 (NT 5.2)

• Active Directory

• DHCP-Server

• DNS-Server

• POP3 Server

• SMTP Server

• HTTP-Server

• Dateiserver

• IIS

• Print-Server

• Application Server

Windows Vista

(Lognhorn / NT6.0)

• Security Development Lifecycle

• Aero Benutzeroberfläche

• Sidebar

• Flip 3D

• Wndows Mail

• Snipping Tool

• Fotogalerie

• Kontrollfunktion für Eltern

• Benutzerkontensteuerung

Windows 7 (Vienna)

• Marktanteil > 50%• Barrierefreiheit

▫ Sprachsteuerung▫ Sprachausgab e▫ Bildschirmtastatur▫ Bildschirmlupe

• Multitouch• Neues Paint • Neues Wordpad• Neuer Rechner

Windows Server 2008

• Neue Managementkonsole

• Verbesserte Terminaldienste

• Hyper-V

• Windows Power-Shell

• Failover Clustering

• NW-Lastverteilung

Windows 8 (NT 6.3)

• Modern UI und Desktop Oberfläche

• Windows Phone 8

• Windows RT für Tablets

• Benutzerfreundlichkeit für Touchgeräte

• Erhöhung Stabilität und Geschwindigkeit

Windows Server 2012

• Modern UI

• Direct Access 3.0 PKI

• Anbindung an MS Azure

Windows 10

• Einheitliches System für Desktop, Notebook, Tablet, Phone, X-Box, Embedded Devices, Convertibles

MAC OS (1984-2000)• Wurde mit Apple Computern verkauft und

war nur auf diesen lauffähig

• Vollständig graphisch, keine Kommandozeile

• Fehlende RAM Unterstützung

• Anfällig für E/A Konflikte

• Bestimmte Reihenfolge für einige Erweiterungen notwendig

• Ständig weiter optimiert und schließlich eines der robustesten Systeme

MAC OS X• Nachfolger von NeXTStep und Darwin

• Apple Public Source Licence

▫ (quelloffen)

• GUI Aqua

ENDE