Betriebssysteme (BS) Lernziele VL 1 · Betriebssysteme (BS) VL 14 – Zusammenfassung und Ausblick...

Betriebssysteme (BS)

VL 14 – Zusammenfassungund Ausblick

Daniel Lohmann

Lehrstuhl für Informatik 4Verteilte Systeme und Betriebssysteme

Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen Nürnberg

WS 09 – 10. Februar 2010

http://www4.informatik.uni-erlangen.de/Lehre/WS09/V_BS

Lernziele !VL 1

Vertiefen des Wissens über die interneFunktionsweise von Betriebssystemen

Ausgangspunkt: SystemprogrammierungSchwerpunkt: Nebenläufigkeit und Synchronisation

Entwickeln eines Betriebssystems von der Pike aufOOStuBS / MPStuBS (neu!) LehrbetriebssystemePraktische Erfahrungen im Betriebsystembau machen

Verstehen der technologischen Hardware-GrundlagenPC-Technologie verstehen und einschätzen könnenSchwerpunkt: Intel x86 / IA-32

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 2

Überblick Vorlesungen

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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!

VL1 Einführung

VL2 BS-Entwicklung

VL3 IRQs (Hardware)

VL4 IRQs (Software)

VL5 IRQs (Synchronisation)

VL6 Intel IA-32

VL7 Koroutinen und Fäden

VL8 Scheduling

VL9 BS-Architekturen

VL10 Fadensynchronisation

VL11 PC Bussysteme

VL12 Gerätetreiber

VL13 IPC



1. Ein Streifzug durch die PC-Architektur

VL1 Einführung

VL2 BS-Entwicklung

VL3 IRQs (Hardware)

VL4 IRQs (Software)


VL6 Intel IA-32


VL8 Scheduling



VL11 PC Bussysteme

VL12 Gerätetreiber

VL13 IPC



1. Ein Streifzug durch die PC-Architektur

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2. Kontrollflüsse und ihre Interaktionen

VL1 Einführung

VL2 BS-Entwicklung

VL3 IRQs (Hardware)

VL4 IRQs (Software)


VL6 Intel IA-32


VL8 Scheduling



VL11 PC Bussysteme

VL12 Gerätetreiber

VL13 IPC




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VL1 Einführung

VL2 BS-Entwicklung Ü0 Einführung

VL3 IRQs (Hardware) Ü1 Ein-/Ausgabe

VL4 IRQs (Software) Ü2 IRQ-Behandlung


VL6 Intel IA-32 Ü3 IRQ-Synchronisation


VL8 Scheduling Ü4 Fadenumschaltung

VL9 BS-Architekturen Ü5 Zeitscheiben-Scheduling


VL11 PC Bussysteme Ü6 Fadensynchronisation

VL12 Gerätetreiber

VL13 IPC Ü7 “Eine Anwendung” (opt.)




Customer Waitingroom

WatchPanic

Scheduler

Organizer

Guarded_Semaphore Guarded_KeyboardGuarded_Buzzer

Keyboard

Semaphore

Gate

IO_Port

Locker

Buzzer

Application

Stringbuffer

Guarded_Organizer

CGA_Stream

Guard

Entrant

List

Thread Random

PlugboxPICCGA_Screen

Bellringer

Keyboard_Controller

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Chain

Key

Secure

Coroutine

PIT

Queue

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CPU

Dispatcher

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3. BS-Konzept allgemein und am Beispiel (Windows/Linux)

VL1 Einführung

VL2 BS-Entwicklung

VL3 IRQs (Hardware)

VL4 IRQs (Software)


VL6 Intel IA-32


VL8 Scheduling



VL11 PC Bussysteme

VL12 Gerätetreiber

VL13 IPC



3. BS-Konzept allgemein und am Beispiel (Windows/Linux)

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Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”

Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .







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Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, Dateisystem




Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, DateisystemJan 92 Linux 0.12: Virtueller Speicher (Paging)




Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, DateisystemJan 92 Linux 0.12: Virtueller Speicher (Paging)Mär 92 Linux 0.95: X-Windows, Unix Domain Sockets

(jetzt fehlte nur noch Netzwerk!)




Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, DateisystemJan 92 Linux 0.12: Virtueller Speicher (Paging)Mär 92 Linux 0.95: X-Windows, Unix Domain Sockets

(jetzt fehlte nur noch Netzwerk!)Mär 94 Linux 1.00: Netzwerk und TCP/IP


Evaluation

Warumbloß auf

Papier?

“Mir gefällt diese Art der Veranstaltungsevaluationbesser als das übliche TAN-Verfahren.”

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 7

Evaluation

Warumbloß auf

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“Mir gefällt diese Art der Veranstaltungsevaluationbesser als das übliche TAN-Verfahren.”

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Vergleich mit den Vorjahren

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WS 08: n=7 (27%) mw=1.41

WS 07: n=16 (50%) mw=1.39


Evaluationsergebnisse

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Vergleich mit den Vorjahren

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WS 08: n=7 (27%) mw=1.41

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Profilline

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Kommentare

An der Lehrveranstaltung gefällt mir besondersinsgesamt ein super Veranstaltung. Organisation & Koordination auch mitÜbungen ist sehr gut strukturiertder Dozent ist sympathisch und immer hilfsbereitAls Zuhörer merkt man, dass Dr. Lohmann über ein sehr fundiertes Wissen,auch über den Vorlesungsstoff hinausgehend, besitzt. Dies gibt er in einemsehr lebendigen und kurzweiligen Vortrag an die Studenten weiter. Alles inallem ist BS eine hervorragende LV, die man jedem Inf.Studenten nur ansHerz legen kann. Weiter so, Daniel!Lockere, angenehme Atmosphäre. Gute Strukturierung der Vorlesung(Übersichtsgrafik am Anfang). Pro schriftliche Beurteilung: keine keine Zeitdaheim verwendet. :-) Ausgedrucktes Skript!Sehr gut weiter so.Vorlesung und Übung gut aufeinander abgestimmt. Interessante Anekdotenaus der Praxis - gerne mehr davon (A20-Gate bei der X-Box etc). Sehrdurchdachtes Konzept der VL-Themen.


Kommentare (Forts.)

Vorlesung wurde gut gehalten, schon fast "unterhaltsam", Langeweile kamnie auf. Vergleich Linux/Windows mit Erläuterung der konzeptionellenUnterschiede. Keine Beteiligung an Linux/Windows-Fan-Gehabe sondernneutrale Faktenbetrachtung. Der Zusammenhang zur "normalen"Programmierung wird klar - man versteht endlich richtig, was intern passiert.Vortragsstil sehr ansprechend; Übung und Vorlesung passen zeitlich undinhaltlich sehr gut zusammen; Folien übersichtlich; Dozent sehr angagiertund informiert in Sachen Bachelor- "Reform"dass die Folien ausgeteilt wurden, findet man sehr selten :-)Präsentationsstiel von Daniel ist ansprechendendlich einmal ein handfestes Projekt, das nicht aus dem Zusammenhanggerissen ist. Vorlesung war interessant und zum Mitdenken geeignet. guterVortagsstiel.gut abgestimmtes Konzept. Inhalt sehr verständlich dargeboten, v.a. wennman SysProg schon kennt. Folien werden ausgedruckt.kurze und knappe Folien -> Beschränkung auf das Wesentliche -> gut zulernen -> Dozent weiß wovon er redet


Kommentare (Forts.)

An der Lehrveranstaltung gefällt mir wenigerDer Raum in dem die VL statt findet liegt am Ende der Welt => VL umziehen:-)der Raum wahr oft sehr kaltDie Folien könnten oft ausführlicher sein. Es ist meist hilfreich, auch malAbläufe/Sachverhalte/... an der Tafel darzustellen. Contra schriftlicheBeurteilung: sie ist schriftlich :-) Wiederholung von Einzelheiten aus SoSwäre manchmal gut (SoS ist bei mir schon 4 Semester her).Ein wenig ausführlichere Folien wären an manchen Punkten nicht schlecht.Manchmal ist Kopplung zw. Vorlesung und Übung nicht ganz klar oderwieweit best. Vorlesungsstoff überhaupt für Prüfung relevantIch vermisse eine (Einschätzung/Zusammenfassung): Was ist in aktuellenBetriebssystemen besser gelöst als mit den Konzepten dieser Vorlesungmöglich? Um wieviel ist der Linux/Windows-Kernel komplexer als daseinfache OOStuBS? Wo liegen die wesentlichen Unterschiede?


Kommentare (Forts.)

Weiterhin möchte ich anmerkenBitte nächstes mal den Raum wechselnDozent ist gut informiert über das Bachelor-System, was in vielen anderenVorlesungen leider fehltEv. sollte man noch etwas mehr auf Systemdesign eingehen, damit manspäter auch in der Lage ist selbst API-Schnittstellen etc. zu schreiben.Freiheit für Grönland, weg mit dem PackeisIch würde als Übung nur noch MPStuBS anbieten, da man dabei doch vielmehr lernen kann.Vorlesung und Übung haben Spaß gemachtÜbung: Es gab immer einen zeitlichen Versatz von Tafelübung und aktuellerAufgabe. Viele Leute Waren z.B. noch mit Aufgabe 5 beschäftigt während inder Tafelübung schon Aufgabe 6 erklärt wurde. Gerade durch Weihnachtenwar dann die Tafelübung zu Aufgabe 4/5 schon sehr weit weg.


Wie geht es weiter? (Bachelor)

EZS2,5 – 7,5

BS2,5 – 7,5

SysSec2,5 – 5

MW2,5 – 7,5

EZSL5

BST2,5 – 7,5

AKSS2 SWS

VS2,5 – 7,5

Systemprogrammierung10 ECTS

6

5

4

3

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 2010 am Lehrstuhl 14 – 14

Wie geht es weiter? (Bachelor)

EZS2,5 – 7,5

BS2,5 – 7,5

SysSec2,5 – 5

MW2,5 – 7,5

EZSL5

BST2,5 – 7,5

AKSS2 SWS

VS2,5 – 7,5

ExamensarbeitBA / SA / DA

Systemprogrammierung10 ECTS

6

5

4

3

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 2010 am Lehrstuhl 14 – 14

Hinter der Kulisse: BST in aller Kürze. . . BST

Betriebssystemtechnik!""""""""""""""""#

""""""""""""""""$

Betriebssysteme

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"""$

Federgewichtsprozesse

Synchronisation

Gastsystem

Softwaretechnik

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Variabilität

Programmfamilie

Wiederverwendbarkeit

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 15

Fallstudie: Fadenbaugruppe BST

Operationsprinzip [2, 3]statisch konfigurierbar und ggf. dynamisch änderbar inAbhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall auslegen

Informationsstruktur "# Fäden, Fortsetzunginvariant zu haltender Prozessorstatus beim Warten

kontextabhängig ! mehrere Gewichtsklassenmin. Befehlszähler (PC), max. kompletter Registersatz

problemspezifisch ausgeprägte AktivitätsträgerMakro, Prozedur, Methode, Koroutine, Fadengemeinsam bzw. allein benutzter Laufzeitstapel

Kontrollstruktur "# Einplanung, Koordinierungnicht verdrängend, ggf. aber unterbrechend arbeitendverdrängend arbeitend: verzögert, unverzögert

! Fadenfamilie








! Fadenfamilie








! Fadenfamilie








! Fadenfamilie


Pthreads [4] BST

Anwendung

Pthreads Bibliothek

Stammbetriebssystem

Anwendung

Pthreads API

Pthreads Subsystem

Stammbetriebssystem


Pthreads [4] BST

Anwendung

Pthreads Bibliothek

Stammbetriebssystem

Anwendung

Pthreads API

Pthreads Subsystem

Stammbetriebssystem


Pthreads [4] BST

Anwendung

Pthreads Bibliothek

Stammbetriebssystem

Anwendung

Pthreads API

Pthreads Subsystem

Stammbetriebssystem


Pthreads de LUXE BST

Anwendung

Pthreads API

LUXE

Stammbetriebssystem

Anwendung

Pthreads API

Fadenverwaltung

Betriebsmittelzugriff

Auftragseinplanung

Ablaufsteuerung

Kontrollflusswechsel

Stammbetriebssystem


Pthreads de LUXE BST

Anwendung

Pthreads API

LUXE

Stammbetriebssystem

Anwendung

Pthreads API

Fadenverwaltung

Betriebsmittelzugriff

Auftragseinplanung

Ablaufsteuerung

Kontrollflusswechsel

Stammbetriebssystem


Nomen est omen. . . BST

Bausatz folgerichtiger Betriebssystemanbauteile |= LUCSElogical (dt. folgerichtig)

unit (dt. Anbauteil)construction-set (dt. Bausatz)

environment (dt. Ausstattung)

(CS "# X) ! LUXE

in bester Tradition mit Multics und Unix: (Multi "# Uni) $ (cs "# x)


Nomen est omen. . . BST

Bausatz folgerichtiger Betriebssystemanbauteile |= LUCSElogical (dt. folgerichtig)

unit (dt. Anbauteil)construction-set (dt. Bausatz)

environment (dt. Ausstattung)

(CS "# X) ! LUXE

in bester Tradition mit Multics und Unix: (Multi "# Uni) $ (cs "# x)


Examensarbeiten am LS4 BA/SA/DA

Zur Zeit im Angebot:

19 Bachelorarbeiten

7 Masterarbeiten

10 Studienarbeiten

9 Diplomarbeiten

http://www4.informatik.uni-erlangen.de/DE/Theses/

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Examensarbeiten 14 – 20

Das war’s :-)

Das Lehrstuhl 4 BS-Team wün-scht erfolgreiche und erholsame“Semesterferien”

. . . und ein Wiedersehenim Sommersemester 2010!

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ausblick 14 – 21

Literaturverzeichnis

[1] Linus Torvalds and David Diamond.Just for Fun: The Story of an Accidental Revolutionary.HarperCollins, 2001.

[2] Wolfgang K. Giloi.Rechnerarchitektur.Springer-Verlag, Berlin Heidelberg u.a., 1993.

[3] Wolfgang Schröder-Preikschat.Betriebssysteme — Grundlagen, Entwurf, Implementierung.Springer, 2009.

[4] Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.IEEE Std 1003.1c-1995 thread extensions.New York, NY, USA, 1995.

dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Bibliographie 14 – 22

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