Betriebssysteme kompakt:
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Berlin
Springer Vieweg
[2017]
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1 Einleitung. 1
2 Grundlagen der Informationstechnik. 3
2.1 Bit . 3
2.2 Repräsentation von Zahlen. 4
2.2Л Dezimalsystem. 5
2.2.2 Dualsystem. 5
2.2.3 Oktalsystem. 6
2.2.4 Hexadezimalsystem . 6
2.3 Datei- und Speichergrößen. 8
2.4 Informationsdarstellung. 9
2.4.1 ASCII- Kodierung. 10
2.4.2 Unicode. 12
2.4.3 Darstellung von Zeichenketten. 12
3 Grundlagen der Betriebssysteme. 15
3.1 Einordnung der Betriebssysteme in die Informatik . 15
3.2 Positionierung und Kernfunktionalitäten von Betriebs-
systemen . 16
3.3 Entwicklung der Betriebssysteme. 19
3.3.1 Zweite Generation von Computern. 20
3.3.2 Dritte Generation von Computern. 21
3.3.3 Vierte Generation von Computern. 22
3.4 Betriebsarten. 23
3.4.1 Stapelbetrieb und Dialogbetrieb. 23
VII
VH! Inhaltsverzeichnis
3.4.2 Einzelprogrammbetrieb und Mehrprogrammbe-
trieb . 25
3.4.3 Einzelbenutzerbetrieb und Mehrbenutzerbetrieb 26
3.5 8/16/32/64 Bit-Betriebssysteme. 27
3.6 Echtzeitbetriebssysteme. 27
3.6.1 Harte und weiche Echtzeitbetriebssysteme . 28
3.6.2 Architekturen von Echtzeitbetriebssystemen . . 29
3.7 Verteilte Betriebssysteme . 30
3.8 Architektur des Betriebssystemkerns. 32
3.8.1 Monolithische Kerne. 33
3.8.2 Minimale Kerne. . 34
3.8.3 Hybride Kerne. 35
3.9 Schichtenmodell. 36
4 Grundlagen der Rechnerarchitektur. . 39
4.1 Von-Neumann-Architektur. 39
4.1.1 Hauptprozessor. 40
4.1.2 Von-Neumann-Zyklus. 41
4.1.3 Busleitungen. 41
4.2 Ein-/Ausgabegeräte. 45
4.3 Digitale Datenspeicher. 48
4.4 Speicherhierarchie. 49
4.4.1 Register. 52
4.4.2 Cache. 52
4.4.3 Hauptspeicher. 55
4.4.4 Festplatten. 55
4.4.5 Solid State Drives. 58
4.5 RAID. 64
4.5.1 RAID 0. 67
4.5.2 RAID 1. 67
4.5.3 RAID 2. 68
4.5.4 RAID 3. 69
4.5.5 RAID 4. 70
4.5.6 RAID 5. 71
4.5.7 RAID 6. 72
4.5.8 RAID-Kombinationen. 72
Inhaltsverzeichnis IX
5 Speicherverwaltung. 75
5.1 Konzepte zur Speicherverwaltung. 75
5.1.1 Statische Partitionierung. 76
5.1.2 Dynamische Partitionierung. 77
5.1.3 Buddy-Speicherverwaltung. 80
5.2 Speicheradressierung in der Praxis. 84
5.2.1 Real Mode. 84
5.2.2 Protected Mode und virtueller Speicher. 88
5.2.3 Seitenorientierter Speicher (Paging) . 90
5.2.4 Segmentorientierter Speicher (Segmentierung) . 98
5.2.5 Aktueller Stand beim virtuellen Speicher . 99
5.2.6 Kernelspace und Userspace. 101
5.3 Seitenersetzungsstrategien. 103
5.3.1 Optimale Strategie. 104
5.3.2 Least Recently Used. 104
5.3.3 Least Frequently Used. 105
5.3.4 First In First Out. 106
5.3.5 Clock / Second Chance. 107
5.3.6 Random. 107
6 Dateisysteme. 109
6.1 Technische Grundlagen der Dateisysteme. 110
6.2 Blockadressierung bei Linux-Dateisystemen. 110
6.2.1 Minix. 113
6.2.2 ext2/3. 114
6.3 Dateisysteme mit Dateizuordnungstabellen . 117
6.3.1 FAT12. 122
6.3.2 FAT16. 122
6.3.3 FAT32. 123
6.3.4 VFAT. 123
6.4 Journaling-Dateisy steme. 125
6.5 Extent-basierte Adressierung. 127
6.5.1 ext4. 128
6.5.2 NTFS. 129
6.6 Copy-on-Write. 131
6.7 Datenzugriffe mit einem Cache beschleunigen . 132
6.8 Defragmentierung. 133
X Inhaltsverzeichnis
7 Systemaufrufe. 135
7.1 Benutzermodus und Kernelmodus. 135
7.2 Systemaufrufe und Bibliotheken . 136
7.3 Ablauf eines Systemaufrufs . . 140
8 Prozessverwaltung . 143
8.1 Prozesskontext. 143
8.2 Prozesszustände. 144
8.3 Struktur eines Prozesses im Speicher. 151
8.4 Prozesse erzeugen mit fork. 153
8.5 Prozesse ersetzen mit exec. 159
8.6 Prozesswechsel und Scheduling von Prozessen. 163
8.6.1 Prioritätengesteuertes Scheduling. 165
8.6.2 First Come First Served. 166
8.6.3 Round Robin. . 167
8.6.4 Shortest Job First/Shortest Process Next. 168
8.6.5 Shortest Remaining Time First. 169
8.6.6 Longest Job First. 169
8.6.7 Longest Remaining Time First. . 170
8.6.8 Highest Response Ratio Next. 170
8.6.9 Earliest Deadline First. 171
8.6.10 Fair-Share-Scheduling. 171
8.6.11 Multilevel-Scheduling. 172
9 Interprozesskommunikation. 175
9.1 Kritische Abschnitte und Wettlaufsituationen. 175
9.2 Synchronisation von Prozessen. 178
9.2.1 Definition der Ausführungsreihenfolge durch
Signalisierung . 179
9.2.2 Schutz kritischer Abschnitte durch Sperren . 181
9.2.3 Verhungern und Deadlock. 183
9.3 Kommunikation von Prozessen. 187
9.3.1 Gemeinsamer Speicher (Shared Memory) . 188
9.3.2 Nachrichten warteschlangen (Message Queue) . 195
9.3.3 Kommunikationskanäle (Pipes).203
9.3.4 Sockets. 210
9.4 Kooperation von Prozessen. 222
Inhaltsverzeichnis Xl
9.4.1 Semaphor. 223
9.4.2 Mutex. 228
9.4.3 Monitor. 228
10 Virtualisierung. 231
10.1 Partitionierung. 232
10.2 Hardware-Emulation. 233
10.3 Anwendungsvirtualisierung. 234
10.4 Vollständige Virtualisierung. 235
10.5 Paravirtualisierung. 237
10.6 Hardware-Virtualisierung. 239
10.7 Betriebssystem-Virtualisierung. 239
Glossar. 243
Literatur. 253
Sachverzeichnis. 257 |
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