Betriebssysteme

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Einführung
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Dr. W. Jakob
Studiengang Kartographie und Geomatik
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Ziele
Ziele und Ablauf der Vorlesung:
Ziele:
Vermittlung von Grundwissen
¾ für den Umgang mit gängigen Rechnern und Betriebssystemen
¾ zur leichteren Einarbeitung in neue Betriebssysteme
¾ über Basistechniken im Internet
In der kartographischen Ausbildung an der HS Karlsruhe werden benutzt:
¾ MS Windows XP
¾ Unix (hier AIX von IBM)
¾ Mac OS X
¾ Betriebssystemunabhängige Webtechniken
Einführung unter dem Benutzer-Aspekt. Kaum Aufgaben der Systemadministration.
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Gliederung
Gliederung:
¾ Grundlegende Konzepte
(mit Übungen)
¾ Unix: Filesysteme, Shell-Kommandos
mit Übungen
¾ Internet: Dienste, HTML, Protokolle, Historie
mit Übungen
¾ MS Windows: Filesysteme, Windows 2000, XP, Vista, 7, DOS-Box
¾ Cybercrime: Viren, Würmer, Trojaner und andere Schadsoftware
¾ GPL, Linux
¾ Mac OS X
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Material
Homepage zur Vorlesung:
http://www.home.hs-karlsruhe.de/~jawi0001/
Material auf der Homepage:
¾ Folien und etwas ältere und zum Teil umfassendere Scripte als PDF-Files
¾ HTML-Beispiele
¾ ältere Musterklausur
¾ Studienarbeit
¾ Aktuelles: Termine, verlegte Vorlesungen, …
¾ Literaturliste
¾ Artikel von silicon.de zur Thematik, vor allem zu Schadsoftware
(wird ständig aktualisiert)
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Übungen und Leistungsnachweise
Übungen:
Wegen Zeitmangels werden nur wenige Übungen abgehalten.
Für Unerfahrene sind Selbststudium und eigene Übung
am Rechner unerlässlich!
Die Vorlesung kann dazu nur Anregungen geben.
Dazu gibt es auf der Homepage umfangreiches Material mit Musterlösungen.
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Übungen und Leistungsnachweise
Leistungsnachweise:
1. Schein
als Teilnahmevoraussetzung für die Klausur
Studienarbeit:
Erstellung einer Website im Rahmen der studentischen HS-Homepage
2. Klausur
Einstündige Klausur über den Stoff der gesamten Vorlesung
einschließlich Übungen
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Einführung
Woraus besteht ein Rechner?
Hardware:
Software:
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Einführung
Schichtenmodell:
DOS
(Microsoft)
MS
Windows
2000
MS
MS
Windows Windows 7
XP
XP
virtual machine
Linux
Linux
(Ubuntu)
(Suse)
Solaris
(Sun
Microsystems)
PC-Hardware
Ein Rechner, viele Gesichter!
Je nach installiertem Betriebssystem
¾ unterschiedliches Verhalten
¾ unterschiedliche Performance
¾ unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten
trotz gleicher Hardware!
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Definitionen
Betriebssystem:
auch: Systemsoftware, Operating System. Abkürzung: BS
Zusammenfassende Bezeichnung für
alle Programme zur Steuerung und Überwachung
¾ der Benutzerprogramme und
¾ der Zuordnung der Betriebsmittel
sowie zur Aufrechterhaltung der Betriebsart
Betriebsmittel:
Alle Hard- und Softwarekomponenten eines Rechnersystems,
die zur Ausführung von Programmen benötigt werden.
Z.B.: Prozessor, Speicher, Drucker, Programme, usw.
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Definitionen
Betriebsart:
Art und Weise, in der eine Rechenanlage Aufträge bearbeitet.
Betriebsarten:
¾ Stapelbetrieb (Batchbetrieb):
Abarbeitung eines vollständig definierten Auftrags nach dem anderen
Einwirkungsmöglichkeiten bestehen nur beim Auftragswechsel.
Früher z.T. einzige Betriebsform von Betriebssystemen.
Beispiel: Bearbeitung einer Menge von Stromrechnungen
¾ Dialogbetrieb:
Interaktion des Benutzers durch Teilaufträge (Transaktionen) an den Rechner
und Reaktionsmöglichkeit auf dessen Ausgaben.
Beispiele: Editor, Buchungssysteme
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Definitionen
¾ Einzelprogrammbetrieb (Singletasking):
Zu einem Zeitpunkt kann nur ein Programm bearbeitet werden.
Eventuell Ausnahmen für wenige Grundfunktionen des Betriebssystems
Beispiel: MS-DOS und der Print-Spooler
¾ Mehrprogrammbetrieb (Multitasking):
Mehrere Programme werden scheinbar gleichzeitig im
Timesharing-Verfahren bearbeitet.
Beispiel: Surfen im Internet und Editieren einer Mail bei gleichzeitigem Download
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Definitionen
¾ Einbenutzerbetrieb (Single-User):
1. Variante: Zu einem Zeitpunkt kann nur ein Anwender mit dem Rechner arbeiten.
Keine Benutzerverwaltung. Single- und Multitasking-Varianten
Beispiele:
2. Variante: Zusätzlich: Verwaltung mehrerer Benutzer (Profile)
Keine getrennten Datenbereiche
Beispiele:
3. Variante: Zusätzlich: Getrennte Datenbereiche
Beispiele:
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Definitionen
¾ Mehrbenutzerbetrieb (Multi-User):
Verwaltung mehrerer Benutzer, getrennte Datenbereiche,
gleichzeitige Arbeit mehrerer Benutzer
Multi-User-Betrieb setzt ein Multitasking voraus.
Beispiele: Unix, Linux; Windows XP, Vista, 7
¾ Realzeitbetrieb (Real-Time):
Multitasking unter strengen Zeitbedingungen. Prozesswechsel erfolgen sehr
schnell. Garantierte Einhaltung von Reaktionszeiten
Für Regel- und Steuerungsaufgaben.
Beispiele: VxWorks: (z. B. Luft-/Raumfahrt, Militär, Netzwerke, Fotoapparate, … )
QNX:
unixoides BS für eingebettete Systeme
Windows CE, PalmOS, Symbian, Familiar Linux, Blackberry:
PDA, Mobiltelefone, Pocket PCs, …
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Elemente eines Betriebssystems
Elemente eines Betriebssystems:
¾ Kern
¾ Prozessorverwaltung
¾ Speicherverwaltung
¾ Dateiverwaltung (Grundfunktionen)
¾ Komponenten
¾ Organisationsprogramme
¾ Übersetzungsprogramme
¾ Dienstprogramme
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Elemente eines Betriebssystems
Prozessorverwaltung:
¾ Zuteilung des Prozessors an eines der zu bearbeitenden Programme
¾ Zusätzlich bei Mehrprozessormaschinen:
Koordinierung der Prozessoren, load balancing
Speicherverwaltung
¾ Kontrolle aller im System vorkommenden Speicher
¾ Zuteilung von Speicher an Benutzerprogramme
¾ Organisation von Speicherhierarchien inklusive Caching (Pufferspeicher)
schneller
billiger
schnell, klein, teuer (z.B. Cache-RAM)
mittel-schnell u. -groß, preiswert (z.B. RAM)
RAM-Cache
enthält Platten-Cache
langsam, groß, billig (z.B. HDD)
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Elemente eines Betriebssystems
Organisationsprogramme:
¾ Geräteverwaltung
¾ Auswahl und Zuteilung der für die Ein-/Ausgabe geeigneten Geräte
¾ Anpassung an die speziellen physikalischen Eigenschaften der Geräte
¾ Überwachung der Datenübertragung zwischen Programm und Gerät
¾ Benutzerverwaltung (bei Mehrbenutzer-BS)
¾ Verwaltung der Benutzer und ihrer Rechte
¾ Zuteilung der Ressourcen an Benutzer
¾ Zugriffsverwaltung entsprechend der Benutzerrechte
¾ Kommunikation
¾ Organisation des Informationsaustauschs in Rechnernetzen:
z.B. ssh, Email
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Elemente eines Betriebssystems
Übersetzungsprogramme:
¾ Compiler
Übersetzung von Hochsprache in Maschinencode
Pro Hochsprache mindestens ein Compiler
(mit rechnerspezifischem Backend)
Beispiele: FORTRAN, Pascal, C, C++, C# (C sharp)
¾ Assembler
Übersetzung von maschinennaher Assemblersprache in Maschinencode
Pro Prozessor mindestens ein Assembler
Beispiel: x = a + b / 2
LOAD 48000
LOAD 48004
ADD
DIV
#2
STORE 48100
Sehen Sie diesem
Text auf Anhieb an,
was er bewirkt ?
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Elemente eines Betriebssystems
¾ Interpreter
Interpretation einer (höheren) Programmiersprache ohne
vorherige Übersetzung in Maschinencode
Flexibler als Compilierung aber dafür (wesentlich) langsamer.
Beispiele: Basic, Java
Besonderheiten bei Java:
¾ Übersetzung in Bytecode
¾ Interpretation durch die
Java Virtual Machine (Java-VM)
plattformunabhängig,
deutlich schneller als reine Interpretation
¾ Übersetzung alternativ oder ergänzend möglich
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Elemente eines Betriebssystems
Dienstprogramme:
Programme zur Lösung von Standardaufgaben. Dazu gehören:
¾ Binder
Programm zum Zusammenfügen übersetzter Programmteile mit vorübersetzten
Bibliotheksroutinen zu einem ablauffähigen Programm.
Dabei können die Programmteile aus unterschiedlichen (aber kompatiblen!)
Programmiersprachen stammen.
¾ Lader
Überprüft und lädt ein ablauffähiges Programm in den Speicher und startet es.
¾ Sortierprogramme
Sortieren von Datensätzen (z.B. Zeilen) nach unterschiedlichen Kriterien
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Elemente eines Betriebssystems
¾ Editoren
In der Regel mehr oder weniger einfache Texteditoren,
z.B. Editor oder WordPad (MS Windows); joe oder vi (Unix)
¾ Dateivergleichsprogramme
¾ Suchprogramme
Suchen von Dateien oder dem Inhalt von Dateien (Volltextsuche)
¾ Online-Hilfe
¾
¾
¾
¾
¾
Tutorial
Demos
Suchfunktion
kontextbezogene Hilfe
Hilfetexte meist als Hypertext
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