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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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 3
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
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
1. Ein Streifzug durch die PC-Architektur
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
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
1. Ein Streifzug durch die PC-Architektur
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
2. Kontrollflüsse und ihre Interaktionen
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
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
2. Kontrollflüsse und ihre Interaktionen
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
2. Kontrollflüsse und ihre Interaktionen
VL1 Einführung
VL2 BS-Entwicklung Ü0 Einführung
VL3 IRQs (Hardware) Ü1 Ein-/Ausgabe
VL4 IRQs (Software) Ü2 IRQ-Behandlung
VL5 IRQs (Synchronisation)
VL6 Intel IA-32 Ü3 IRQ-Synchronisation
VL7 Koroutinen und Fäden
VL8 Scheduling Ü4 Fadenumschaltung
VL9 BS-Architekturen Ü5 Zeitscheiben-Scheduling
VL10 Fadensynchronisation
VL11 PC Bussysteme Ü6 Fadensynchronisation
VL12 Gerätetreiber
VL13 IPC Ü7 “Eine Anwendung” (opt.)
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
2. Kontrollflüsse und ihre Interaktionen
Customer Waitingroom
WatchPanic
Scheduler
Organizer
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Keyboard
Semaphore
Gate
IO_Port
Locker
Buzzer
Application
Stringbuffer
Guarded_Organizer
CGA_Stream
Guard
Entrant
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PlugboxPICCGA_Screen
Bellringer
Keyboard_Controller
O_Stream
Chain
Key
Secure
Coroutine
PIT
Queue
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CPU
Dispatcher
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device
guard
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machine
thread object
syscall library
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
3. BS-Konzept allgemein und am Beispiel (Windows/Linux)
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
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Was wir gemacht haben Drei inhaltliche Schwerpunkte!
3. BS-Konzept allgemein und am Beispiel (Windows/Linux)
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 4
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 5
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, Dateisystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
Beispiel Linux [1]Aug 91 Linux 0.01: bash, DateisystemJan 92 Linux 0.12: Virtueller Speicher (Paging)
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
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!)
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
Realitätscheck: MPStuBS! “richtiges BS”
Es fehlt noch eine ganze Menge. . .Speicherverwaltung und ProzesskonzeptDateisystem und ProgrammladerNetzwerk und TCP/IP. . .
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Ziele und Zielerreichung 14 – 6
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
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Vergleich mit den Vorjahren
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WS 08: n=7 (27%) mw=1.41
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 8
Evaluationsergebnisse
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Vergleich mit den Vorjahren
WS 09: n=19 (100%) mw=1.34
WS 08: n=7 (27%) mw=1.41
WS 07: n=16 (50%) mw=1.39
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 8
Profilline
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dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 9
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.
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 10
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 11
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?
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 12
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.
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – Evaluation 14 – 13
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
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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
!"""#
"""$
Federgewichtsprozesse
Synchronisation
Gastsystem
Softwaretechnik
!"""#
"""$
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 16
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 16
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 16
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
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 16
Pthreads [4] BST
Anwendung
Pthreads Bibliothek
Stammbetriebssystem
Anwendung
Pthreads API
Pthreads Subsystem
Stammbetriebssystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 17
Pthreads [4] BST
Anwendung
Pthreads Bibliothek
Stammbetriebssystem
Anwendung
Pthreads API
Pthreads Subsystem
Stammbetriebssystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 17
Pthreads [4] BST
Anwendung
Pthreads Bibliothek
Stammbetriebssystem
Anwendung
Pthreads API
Pthreads Subsystem
Stammbetriebssystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 17
Pthreads de LUXE BST
Anwendung
Pthreads API
LUXE
Stammbetriebssystem
Anwendung
Pthreads API
Fadenverwaltung
Betriebsmittelzugriff
Auftragseinplanung
Ablaufsteuerung
Kontrollflusswechsel
Stammbetriebssystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 18
Pthreads de LUXE BST
Anwendung
Pthreads API
LUXE
Stammbetriebssystem
Anwendung
Pthreads API
Fadenverwaltung
Betriebsmittelzugriff
Auftragseinplanung
Ablaufsteuerung
Kontrollflusswechsel
Stammbetriebssystem
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 18
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)
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 19
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)
dl Betriebssysteme (VL 14 | WS 09) Zusammenfassung und Ausblick – SS 10: Betriebssystemtechnik 14 – 19
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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