[PDF] Betriebssystem-Architekturen Betriebssystem-Architekturen. Prof. Dr. Margarita

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Betriebssystem-Architekturen

Prof. Dr. Margarita Esponda

Betriebssystem-Architekturen

Monolithische Systeme

Mikrokernel-Architekturen

Hybride-Architekturen

Systeme mit Objektorientierten Techniken

Virtuelle Maschinen

M. Esponda-Argüero

Betriebssystem-Architektur

unterschiedlich sein.

Was soll das

Betriebssystem leisten?

Wie soll alles

implementiert werden? sich sehr stark von einem Server-Betriebssystem, das zum

Beispiel Informationen in einer Datenbank sucht.

M. Esponda-Argüero

Betriebssystem-Architektur

Wenn die Anforderungen (Policy) getrennt von

der Implementierung (Mechanism) sind,

Implementierung.

M. Esponda-Argüero

Betriebssystem-Architektur

Viele kommerzielle Betriebssysteme hatten am Anfang keine richtige Struktur, weil Betriebssysteme mit sehr starken - sehr wenig Hauptspeicher - keine Festplatte - langsame Prozessoren - Assembler-Programmierung

MS-DOS

Beispiel:

M. Esponda-Argüero

Einfache Betriebssystemstruktur

Beispiel:MS-DOS Disk Operating System 1981

"Basic Input/Output System"Grundlegende Ein-/Ausgabe-

Silberschatz-Einbenutzer-System "single-user"

-single-task kein Scheduler -keine Vernetzung -keine virtuelle Speicher -kein Sicherheits-System

M. Esponda-Argüero

Betriebssystem-Architektur

Erste Betriebssysteme, die nicht nur im Assembler geschrieben worden sind: Master Control Program (MCP) Burroughs 1961

Executive Systems Programming Language

(Erweiterung von Algol)

Open Source

Virtuelle Speicher

MULTICS MIT PL/1 1964 - 2000

Modularisiert

Multitasking (time-sharing)

single level store (mapped segments) dynamische Bindung (dynamic linking) on-line-Konfigurierung

Multiprozessor-System

Sicherheitssystem

Hierarchisches Dateisystem

sehr innovativ!

Fernando J. Corbató

UNIX Bell Labs C Einfachheit

M. Esponda-Argüero

Schichtenstruktur

Hier versucht man das

Betriebssystem in

verschiedenen Schichten zu organisieren, die von primitiven Funktionen zu komplexeren Funktionen gehen.

Probleme

Effizienz

Klassifizierung der

verschiedenen Schichten

Silberschatz

M. Esponda-Argüero

Betriebssystemarchitektur

Monolithische Systeme

monolithische Struktur.

Das Betriebssystem ist als eine Menge von

Prozeduren realisiert.

Jede Prozedur kann von jeder anderen aufgerufen werden.Die meisten monolithischen Betriebssysteme haben

eine sehr einfache Struktur.

Linux wird als monolithisches System eingeordnet.

M. Esponda-Argüero

Einfaches Monolithisches Betriebssystem

Programm1

Systemaufruf

Programm2

Programm3

Benutzerprogramme

Kernel-Aufruf

Dienstprozedur

1

Main-ProzedurDienstprozedur

2

Dienstprozedur

3.

Utility-Prozedur

1

Utility-Prozedur

2

Utility-Prozedur

3.

Kernel-modus

M. Esponda-Argüero

Mikrokernel-Architekturen

In den 80er Jahren wurde der Kernel von Unix-Betriebssystemen zu groß und komplex. Carnegie Mellon University entwickelte 1985-1994 das Mach

Betriebssystem.

Mikrokern übrig bleibt.

der Mikrokern muss nur die Kommunikation zwischen Client- und

Server-Prozessen durchführen.

M. Esponda-Argüero

Mikrokernel

Prozess

1 (Kunde)

Prozess

n (Kunde)

Hardware

MikrokernelDateiverwaltung

Server

Netzwerk

Server

Server

Grundfunktionen zur

Synchronisation und

Kommunikation

Kernel-

modus

Funktionen zur Speicher-

und Prozessverwaltung User- modus

Bibliotheken

M. Esponda-Argüero

Mikrokernel

- Bessere Modularisierung minimale Prozessverwaltung minimale Speicherverwaltung

Hauptaufgabe ist die Kommunikation mittels

Nachrichtenverkehr

Eigenschaften:Vorteile:- übersichtlicher

- flexibler

Problem:- Kommunikations-Overhead

ACM

M. Esponda-Argüero

1990 1985-1994

Carnegie Mellon University

Ersetzung des BSD-Kernel

Mach-Betriebssystem

Richard Rashid

50% langsamer als UNIX

Probleme innerhalb der IPC-Operationen

- Menory-Mapping - Kontrolle von port-Zugriffsrechten - Nachrichten-Validierung

60% Wachstum der CPU-Leistung

7% Verbesserung der Speicher-Zugriffe

M. Esponda-Argüero

Mach-Betriebssystem

Mac OS X

Kernel-

Bereich

BSD

Anwendungsbereich

gemeinsame Dienste Mach

BeispieleQNX (Echtzeitbetriebssystem)

Darwin (Mac OS X Kernel)

Interessante Beispiele:Windows NT 4.0

Windows XP

M. Esponda-Argüero

MULTICSUNICS

UNIX 1UNIX 6

UNIX Syst. III

BSD-UnixMinix

UbuntuLinuxLinux 2.6

DevianBSD-4.3

Next

SuseBSD-4.2

MachMac OS X

DarwinXenixGNU Hurd

Monolithisch vs. Mikrokernel vs. Hybride-Systeme

VFSIPC, File System

Device Drivers, Dispatcher ...Scheduler, Virtual Memory

ApplicationsHardware

System Call

Monolithisch

Hardware

VM, Scheduling, Basic IPC, ...Application

IPC

Device

Server

File

Server

UNIX

Server

Applications

Application

IPC

Device

Server

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