Teil 3 Grundlagen Rechnerarchitekturen, Betriebssysteme.pdf
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Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Agenda<br />
Prinzip der Datenverarbeitung<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen,<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
Computerhardware<br />
Universität Potsdam<br />
Lehrstuhl für<br />
Wirtschaftsinformatik<br />
und Electronic Government<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Norbert<br />
Gronau<br />
August-Bebel-Str. 89<br />
14482 Potsdam<br />
Tel. (0331) 977-3379<br />
Fax (0331) 977-3406<br />
http://wi.uni-potsdam.de<br />
Einführung in die Wirtschaftsinformatik<br />
Wintersemester 13/14<br />
<strong>Teil</strong> 3<br />
Computersysteme<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
Betriebssystemarchitektur<br />
Dateiverwaltung<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
1<br />
2<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Prinzip der Datenverarbeitung<br />
Grundschema der Elektronischen Datenverarbeitung<br />
Täglich erhalten Menschen Informationen in Form von Nachrichten<br />
Informationen vermitteln Empfänger neues Wissen --> ermöglichen<br />
zielgerichtetes Handeln<br />
Verarbeitung:<br />
Prinzip der Datenverarbeitung<br />
"640 KBytes (Arbeitsspeicher) ist alles, was irgendeine Applikation jemals benötigen sollte."<br />
Bill Gates, 1981<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Benutzer<br />
Berechnen, Sortieren, Vergleichen<br />
Ausgabe: Speichern, Anzeigen<br />
Automatische Lesegeräte<br />
‣ Information ist immer eine Zeichenkette, die für Sender und<br />
Empfänger einen Inhalt und eine Bedeutung besitzt.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
3<br />
4
Manuelle Tätigkeiten vs. Computer<br />
Prinzip der Datenverarbeitung<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Arbeitsanweisung, Daten<br />
Ergebnis<br />
Posteingang<br />
Arbeitsanweisung<br />
mit Daten ausführen<br />
(Gehirn)<br />
Postausgang<br />
lesen, hören (Sinnesorgane)<br />
schreiben, sprechen<br />
(Sinnesorgane)<br />
Programm, Daten<br />
Dateneingabe<br />
eingeben (Eingabegerät)<br />
Programm mit Daten<br />
ausführen<br />
(CPU)<br />
Ergebnis<br />
Datenausgabe<br />
ausgeben (Ausgabegerät)<br />
‣ Mensch und Maschine verarbeiten Informationen nach<br />
demselben Grundprinzip.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Computerhardware<br />
"In Zukunft könnte es Computer geben, die weniger als 1,5 Tonnen wiegen."<br />
Artikel in der Zeitschrift "Popular Mechanics", 1949<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
5<br />
6<br />
Computerhardware<br />
Computerhardware<br />
Die Hardware<br />
Hardwarearchitektur<br />
Alle physikalischen <strong>Teil</strong>e der EDV:<br />
Tastatur, Maus, Computer, Drucker, Scanner, ...<br />
Unterteilung nach Aufgabe - das EVA-Prinzip:<br />
Eingabe<br />
Verarbeitung<br />
Ausgabe<br />
Eingabegeräte<br />
Tastatur, Modem,<br />
Scanner<br />
Verarbeitungsgeräte<br />
(-komponenten)<br />
Prozessor (CPU),<br />
Grafikkarte, ...<br />
Ausgabegeräte<br />
Bildschirm, Drucker,<br />
CD-/DVD-<br />
Laufwerk, ...<br />
‣ Durch das EVA-Prinzip sind alle <strong>Teil</strong>e der Computerhardware<br />
funktional verknüpft.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
‣ Das Prinzip der Von-Neumann-Architektur gilt auch für heutige<br />
Rechnersysteme.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
7<br />
8
Computerhardware<br />
Computerhardware<br />
Hardwarekomponenten - Zentraleinheit<br />
Zentraleinheit - Funktionsgruppen<br />
CPU (central processing unit) - zentrales Element auf Motherboard<br />
Mindestens ein Prozessor sowie Zentral- (Arbeits-) Speicher<br />
Steuerung des Gesamtablaufs der Informationsverarbeitung<br />
Koordination der beteiligten<br />
Funktionseinheiten<br />
Durchführung von<br />
Rechenoperationen Motherboard mit<br />
CPU-Sockel<br />
CPU (Athlon 64)<br />
der Firma AMD<br />
‣ Der Mikroprozessor ist heutzutage das Herzstück eines jeden<br />
modernen computergesteuerten Gerätes.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Register<br />
Akkumulator<br />
Byte 1 Byte 2<br />
Basisregister<br />
Byte 1 Byte 2<br />
Zähler<br />
Byte 1 Byte 2<br />
Speicherung sehr kleiner Datenmengen<br />
(1-4 Byte)<br />
Übergabestelle zwischen Steuer- bzw. Rechenwerk und<br />
Arbeitsspeicher<br />
Zwischenspeicher innerhalb der Zentraleinheit (Cache)<br />
Hauptspeicher<br />
Cache<br />
Steuerwerk<br />
Rechenwerk<br />
Vorübergehende Speicherung (Pufferung)<br />
Schnellerer Zugriff als auf Arbeitsspeicher<br />
Enthält Zwischenergebnisse (Daten) der CPU und<br />
auszuführende Programme<br />
‣ Register und Cache sind sehr schnelle Arbeitsspeicher.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
9<br />
10<br />
Arbeitsweise der CPU<br />
Computerhardware<br />
Das Addierwerk in der CPU<br />
Steuerung der CPU über komplexe Befehlssätze<br />
Steuerwerk<br />
Control unit<br />
(Programmsteuerung)<br />
Rechenwerk<br />
Arithmetic logical unit<br />
(Rechenoperationen)<br />
‣ Steuerwerk und Rechenwerk sind in modernen CPU kaum<br />
voneinander abgrenzbar.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Hauptkomponente des Rechenwerks einer CPU<br />
Ermöglicht die Addition zweier mehrstelliger Binärzahlen<br />
Besteht aus dem zentralen Addiernetz, einem Register sowie aus einem<br />
Puffer<br />
Register<br />
Addiernetz<br />
‣ Ein Rechner kann nur addieren!<br />
Puffer<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
11<br />
12
Hardwarekomponenten - Bussystem<br />
Computerhardware<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Kopplung von Verarbeitungskomponenten über zentrales Bussystem<br />
Prozessor Hauptspeicher I/O-Controller (Peripheriesteuerung) <br />
Zentraler Bus (Bussystem)<br />
Bus besteht aus Adress-, Steuer- und Datenbus<br />
Adressbus - Speicheradressen<br />
Datenbus - Transport von<br />
Daten<br />
Steuerbus - Steuersignale<br />
‣ Über die Peripheriesteuerung erfolgt die Kommunikation der<br />
Verarbeitungseinheit mit peripheren Baugruppen.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Computersysteme<br />
"Ich denke, es gibt einen Weltmarkt für vielleicht fünf Computer."<br />
Thomas Watson, Vorstandsvorsitzender von IBM, 1943<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
13<br />
14<br />
Computersysteme<br />
Computersysteme<br />
Computersysteme<br />
Großrechner (Mainframes)<br />
Mainframes<br />
Großrechner<br />
Mathematischtechnische<br />
Aufgaben<br />
Bsp.: IBM System z9<br />
Midrange-Systeme<br />
Server<br />
Zentrale Dienste und<br />
Aufgaben in<br />
Unternehmen<br />
Bsp.: IBM iSeries<br />
Personalcomputer<br />
Home-PC, Bürorechner<br />
Office-, Multimedia-<br />
Anwendungen<br />
Bsp.: Dell Inspiron<br />
‣ Im Wesentlichen werden bei Rechner(-systeme)n drei Leistungsklassen<br />
unterschieden.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Einsatz in Rechenzentren von Großunternehmen<br />
Hintergrundrechner für kommerzielle oder organisatorische<br />
Massendatenverarbeitung<br />
Betrieb hauptsächlich für Batch- und Transaktionsaufgaben<br />
Auch Unterstützung interaktiver Anwendungen<br />
Anwendungsbereiche<br />
Banken, Versicherungen, Konzerne,<br />
öffentliche Verwaltung<br />
Preiswertere Variante zu Mainframes<br />
Einsatz von Rechenclustern<br />
in Universitäten zu Forschungszwecken<br />
‣ Bei Großrechnern steht die Verarbeitung großer Datenmengen<br />
im Vordergrund.<br />
T<br />
T<br />
T<br />
T<br />
T<br />
Großrechner<br />
T<br />
T - Terminals<br />
T<br />
Drucker(-<br />
systeme)<br />
Platten(-<br />
farmen)<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
15<br />
16
Computersysteme<br />
Computersysteme<br />
Midrange-Systeme<br />
Personalcomputer (PC)<br />
Frühere Alternative zu Mainframes<br />
PC - Oberbegriff für ersten Personal Computer<br />
Einsatz: Datenverarbeitungssysteme in Unternehmen für<br />
Büroanwendungen<br />
Dialog-orientierte Systeme<br />
Historisches Beispiel: IBM Midrange-System/32<br />
Eigentlich IBM-PC, gültig auch für seine Weiterentwicklungen<br />
und Nachbauten<br />
Beispiel: IBM 5150 Personal Computer, der erste IBM-PC<br />
(gebaut von 1981 bis 1987)<br />
Moderne Midrange-Systeme<br />
Einsatz: u.a. als Datei- und Druckserver<br />
Sind skalierbar - leistungsmäßige Anpassung der<br />
Ausstattung<br />
Beispiel: IBM iSeries 5 Modell 595<br />
‣ Große Midrange-Systeme können mehrere hundert Anwender<br />
gleichzeitig bedienen.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Arbeitsplatzrechner, Workstation - Flexibler Einsatz<br />
Heutige PC - leistungsfähig, auch für anspruchsvolle<br />
technisch-wissenschaftliche Aufgabenstellungen<br />
Trend zum Notebook oder Netbook als vollwertiger PC<br />
Beispiel: Acer Aspire, Dell Inspiron Serie<br />
‣ PC haben infolge stetig gestiegener Leistungsfähigkeit Aufgaben<br />
von Workstations oder Minirechnern übernommen.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
17<br />
18<br />
Computersysteme<br />
Computersysteme<br />
Verbund von Rechnersystemen<br />
Supercomputer<br />
Client-Server-Architektur<br />
Prinzip und Einsatz<br />
S<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
S<br />
C<br />
Grundmodell von Informationsverarbeitungs- systemen<br />
Geteilte Anwendungen - Client-Server-Anwendung<br />
Höchstleistungsrechner - Bauform als Parallelrechner<br />
Ausrichtung auf dezidierte Problemlösungen<br />
Einsatz: Physikalische Simulationen, Klima- und<br />
Genforschung, Pharmazie<br />
Client-Server-Modell<br />
Client<br />
Auftrag<br />
Ergebnis<br />
Server<br />
Funktionale Trennung einer Anwendung<br />
Logische Verbindung über ein Netz (z.B. Internet)<br />
Verarbeitungsfunktionen und Datenverwaltung obliegt<br />
Server - Start der Funktionen erfolgt durch Client<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Merkmale<br />
Cray-1: Erster Supercomputer in den 70er Jahren<br />
Typisch: Sehr große Anzahl an Prozessoren<br />
Schnellster Computer 2011: „K Computer“ von Fujitsu (8<br />
Petaflops = acht Billiarden Rechenschritte pro Sekunde<br />
‣ Supercomputer sollen vor allem Rechenleistung liefern.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Abts 2000, S. 57 f.<br />
19<br />
20
Computersysteme<br />
Computersysteme<br />
Client-Server-Modell<br />
Das Computersystem<br />
Software-Architekturmodell beschreibt die Rollen und den Ablauf der<br />
Zusammenarbeit verteilter Softwarekomponenten<br />
Typischerweise PC als Clients<br />
Grobstruktur Computersystem<br />
-> Hard-, Firmware und Betriebssystem<br />
Hardware - Alle physischen Bestandteile<br />
Leistungsfähigere Rechner als Server<br />
(z.B. Midrange- oder Mainframe-Systeme)<br />
“Zentrale” Dienste<br />
(z.B. Speicherserver)<br />
Gemeinsam benutzte<br />
Betriebsmittel<br />
S<br />
C<br />
C<br />
C<br />
Client/Server-Architektur<br />
‣ Grundprinzip: Der Server nimmt den Clientauftrag an, bearbeitet<br />
ihn und gibt das Ergebnis an den Client zurück.<br />
C<br />
S<br />
C<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Firmware - Software für elementare Aufgaben inklusive Steuerprogramm in<br />
Hardwareform mit Ur-Information (Ur-Lader)<br />
Betriebssystem - Mittler zwischen Soft- und Hardware<br />
Software<br />
Betriebssystem<br />
Firm-, Hardware<br />
BIOS Chip der<br />
Firma AMI<br />
‣ <strong>Betriebssysteme</strong> bilden zusammen mit der Hardware die Grundbestandteile<br />
von Computern.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
21<br />
22<br />
Computersysteme<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Computersystem im Schichtenmodell<br />
Sicht des Computers und der Komponenten als miteinander<br />
kommunizierende Schichten<br />
Jede Schicht - eigenständiges System<br />
Officeprogramme, E-Mail, Webbrowser,<br />
Datenbanksoftware<br />
(1)<br />
Anwendersoftware, -<br />
programme<br />
Shell, Editoren, Compiler, Kommandointerpreter<br />
Betriebssystem<br />
Maschinensprache<br />
Mikroarchitektur/Mikroprogramme<br />
Hardware<br />
(2)<br />
(3)<br />
(4)<br />
(5)<br />
(6)<br />
Systemprogramme<br />
Hardware<br />
‣ Das Betriebssystem bildet das Verbindungsstück zwischen der<br />
Programmierwelt und der Hardwaresteuerung.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
23<br />
24
Kategorisierung der Software<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
Definition Betriebssystem (Definition nach DIN 44300)<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
Dienstprogramme<br />
Steuerprogramme<br />
Software<br />
Übersetzungsprogramme<br />
Systemsoftware<br />
Systemnahe<br />
Software<br />
Assembler<br />
‣ <strong>Betriebssysteme</strong> gehören zur Systemsoftware.<br />
Anwendungs-<br />
software<br />
Compiler<br />
Interpreter<br />
Stahlknecht 2002, S. 70<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
25<br />
Gesamtheit aller Programme, die ...<br />
... die Grundlage für die Betriebsarten des Computers bilden.<br />
... die Ausführung der Anwendungsprogramme steuern und überwachen.<br />
Betriebssystem - Systemprogramme für ...<br />
Unterstützung bei Erstellung, Abarbeitung und Verwaltung von Anwenderprogrammen<br />
Überwachung der Abwicklung von auszuführenden Steuer- und Arbeitsprogrammen<br />
Aufgabe des Betriebssystem<br />
Verwaltungszentrale für gesamte interne und externe Computerhardware<br />
‣ Das Betriebssystem ist der wichtigste Bestandteil der Systemsoftware.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
26<br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
<strong>Betriebssysteme</strong> und Rechnersysteme<br />
Aufgaben des Betriebssystems<br />
<strong>Betriebssysteme</strong> für unterschiedliche Aufgabenanforderungen<br />
Grund(funktions)prinzip bei allen gleich bzw. zumindest ähnlich<br />
Windows XP, Vista, 7<br />
Personalcomputer,<br />
Workstations<br />
Midrange- Systeme<br />
Mainframe-<br />
Systeme<br />
Verteilung Prozessorleistung<br />
10<br />
9<br />
12 Verteilung der abrufbaren<br />
11 1<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
2<br />
4<br />
3<br />
Leistung des Prozessors<br />
auf laufende Prozesse<br />
Speicherverwaltung<br />
Koordination aktiver<br />
Programme im Arbeitsspeicher<br />
Paging (Aufteilung) und<br />
Swapping (Auslagerung)<br />
Windows Server 2003/2008<br />
Linux<br />
Mac OS<br />
Unix<br />
IBM System x-Serverfamilie<br />
BS2000/OSD (Siemens, Fujitsu)<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Daten- (Datei-) -verwaltung<br />
Organisation der<br />
Datenhierarchie auf<br />
externen Speichern<br />
Abwicklung von Lese- und<br />
Schreibzugriffen<br />
Geräteverwaltung<br />
Bereitstellung einheitlicher<br />
Zugriffsprozedu- ren<br />
auf Geräte (z. B. Drucker,<br />
Scanner, Tastatur)<br />
‣ <strong>Betriebssysteme</strong> verwalten Betriebsmittel (Speicher, Ein- und Ausgabegeräte)<br />
und steuern die Abarbeitung von Anwenderprogrammen.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
27<br />
28
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
<strong>Betriebssysteme</strong><br />
Weitere Aufgaben des Betriebssystems<br />
Arbeitsmodi des Betriebssystems<br />
Benutzungsschnittstelle (engl. "Shell")<br />
Zugriffsschutz<br />
Systemmodus<br />
User<br />
Shell<br />
BS<br />
Kommunikation<br />
Benutzer -Betriebssystem<br />
Start von Programmen oder<br />
Datenmanipulation über die<br />
Shell<br />
Kontrolle und Durchsetzung<br />
von Schutzmaßnahmen (z. B.<br />
Zugriffsrechte),<br />
Integritätssicherung von<br />
Daten/Programmen<br />
Maschinenbefehle uneingeschränkt erlaubt<br />
Keine aktiven Speicherschutzmechanismen<br />
Unterbrechungsverarbeitung<br />
Identifikation und<br />
Behandlung von<br />
Unterbrechungen, verursacht<br />
durch Hardware oder<br />
laufende Programme<br />
Dienstprogramme<br />
Vom Betriebssystem<br />
bereitgestellt;<br />
Systemressourcen<br />
überprüfen/verwalten (z.B.<br />
fdisk, Scandisk,<br />
"Taskmanager"...)<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Benutzermodus<br />
Keine sicherheitskritischen Befehle erlaubt<br />
Bei Versuch Ausführung privilegierter Befehle -<br />
Unterbrechung durch CPU<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
29<br />
30<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Betriebssystemarchitektur<br />
Architektur von <strong>Betriebssysteme</strong>n<br />
Benutzer 1<br />
. . .<br />
Benutzer N<br />
Benutzeroberfläche<br />
User Interface Management System<br />
Betriebssystemarchitektur<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Anwendung 1<br />
Dienstprogramm<br />
Betriebssystem<br />
Operating System Kernel<br />
Hardware<br />
. . .<br />
Werkzeug<br />
Systemaufruf<br />
Maschinencode<br />
‣ Das Betriebssystem steht im Schichtenmodell zwischen Benutzersoftware<br />
und Hardware.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
31<br />
32
Betriebssystemarchitektur<br />
Betriebssystemarchitektur<br />
Programm, Prozess und Aktion<br />
Steuerung des Prozessablaufs<br />
Programm<br />
Statische Folge von Anweisungen, die in einer Datei gespeichert sind<br />
Benutzt spezielle Programmiersprache<br />
Jobs in<br />
Warteschlange<br />
Zuordnung Betriebsmittel<br />
zu Job<br />
Bereitschaftswarteschlange<br />
Prozess<br />
Dynamische Folge von Aktionen (Zustandsänderungen)<br />
Ausführung eines Programmteils auf einem Prozessor<br />
Insbesondere durch zeitlich veränderlichen Zustand gekennzeichnet<br />
Prozesseigenschaften: Prozesse haben eine Priorität und einen Zustand<br />
‣ Ein Prozess repräsentiert eine Aufgabe für ein laufendes<br />
Programm.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
33<br />
Start und<br />
Abarbeitung<br />
Freigabe der<br />
Betriebsmittel<br />
Laden Programm in<br />
Arbeitsspeicher<br />
Programmende<br />
Jobreihung nach Bedarf /<br />
Dringlichkeit<br />
‣ Ein Programm kann aus mehreren gleichzeitig auszuführenden<br />
Prozessen bestehen.<br />
Stahlknecht 2000, S. 76<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
34<br />
Betriebssystemarchitektur<br />
Betriebssystemarchitektur<br />
Prinzipien "paralleler" Prozessabarbeitung<br />
Prozesszustände<br />
Verdrängendes Multitasking (preemptive)<br />
Prozess<br />
Prozess<br />
Prozess<br />
Prozess<br />
t<br />
Kooperatives Multitasking (non-preemptive)<br />
Prozess<br />
Prozess<br />
t<br />
Steuerung des Prozesswechsels in der CPU durch<br />
Scheduler<br />
Scheduling sinnvoll, wenn mehrere Prozesse "parallel"<br />
auf System ausführbar sind<br />
Bestimmung des Zeitpunktes für einen Prozesswechsel<br />
durch den Prozess selbst<br />
‣ Scheduling ist die Ablaufplanung für Rechnerprozesse, um die<br />
CPU-Zeit den Prozessen effizient zur Verfügung zu stellen.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Round Robin (Rundlauf-Verfahren) - der älteste, einfachste und fairste<br />
Prozessverwalter<br />
Jeder Prozess hat ein Zeitintervall<br />
Nach Zeitintervall (Zeitschlitz) wird dem Prozess der Prozessor entzogen<br />
1 2<br />
bereit<br />
3<br />
5<br />
blockiert<br />
rechnend<br />
4<br />
‣ "Round Robin" bezeichnet ein Scheduling-Verfahren, um<br />
konkurrierenden Prozessen begrenzte Ressourcen zuzuordnen.<br />
6<br />
1. Prozess betritt System<br />
2. Prozess wird ausgewählt<br />
3. Zeitscheibe abgelaufen<br />
4. Prozess muß auf I/O warten<br />
5. Blockadegrund aufgehoben<br />
6. Prozess ist beendet<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
35<br />
36
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Dateiverwaltung<br />
Definitionen<br />
Datei (file) ...<br />
... ist eine Menge logisch zusammengehörender Daten,<br />
die auf einem geeigneten Medium permanent<br />
gespeichert werden kann und über einen Bezeichner<br />
identifizierbar ist<br />
Dateiverwaltung<br />
"Es gibt keinen einzigen Grund, warum Privatleute sich einen Computer zulegen sollten."<br />
Ken Olsen, Präsident der Digital Equipment Corporation, Kongress der World Future Society, 1977<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Dateisystem (file system) ...<br />
... umfasst die Menge aller von einem Betriebssystem in<br />
derselben Art verwalteten Dateien einschließlich aller<br />
dafür erforderlichen Verwaltungsinformationen<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
37<br />
38<br />
Dateiverwaltung<br />
Dateiverwaltung<br />
Aufgaben eines Dateisystems<br />
Klassische Probleme in Dateisystemen<br />
Realisierung des Zugriffs<br />
Speicherverwaltung des Mediums<br />
Gewährleistung von Datenschutz<br />
Festplatte<br />
Anwendersicht<br />
Programm<br />
C:\...\Vorlesungen\<strong>Teil</strong>3.<strong>pdf</strong><br />
Datenspeicherung<br />
Festplatte<br />
Speicherverwaltung auf<br />
externen Medien und<br />
Verhinderung von<br />
Datenverlust<br />
Benennung<br />
Mechanismen, über die<br />
Daten angesprochen<br />
werden<br />
physikalische Sicht<br />
Betriebssystem<br />
Dateisystem<br />
‣ Dateisysteme stellen die Organisationsform für Langzeitspeicher<br />
dar.<br />
.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Zugriffsschutz<br />
Wer darf welche Daten<br />
ansprechen<br />
Performance<br />
Geschickte Verwaltung<br />
kleiner und großer<br />
Datenmengen<br />
‣ Komplexe Datenmengen erfordern eine strukturierte<br />
Datenspeicherung.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
39<br />
40
Zugriff auf Dateien - Strukturen von Betriebssytemen<br />
Dateiverwaltung<br />
Dateiorganisation<br />
Dateiverwaltung<br />
Unstrukturierte (featureless) Dateien auf Systemebene<br />
Logisch strukturierte Dateien<br />
Beispiel: Windows, UNIX, Linux, Mac<br />
Byteströme - Programme (Objektcode), Quelltexte, Texte,<br />
Binärdaten etc.<br />
Anwendungen (Loader, Compiler, Textverarbeitung, etc.)<br />
- Abbildung eigener Strukturen auf die Byteströme<br />
Beispiel: Mainframe-Systeme (BS2000, i5/OS)<br />
Funktionale Basis zur Implementierung von Datenbanken<br />
Schemata von Datenbankmanagementsystemen liefern<br />
dafür anwendungsspezifische Strukturen<br />
‣ Auf Systemebene liegen in der Regel nur unstrukturierte Dateien<br />
im System.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Zuweisung Datei-Verzeichnis zu System für Datei-Management<br />
Liefert Abbildung symbolischer Dateinamen auf tatsächliche Dateien<br />
Hierarchische (flexible) Baumstruktur - in modernen <strong>Betriebssysteme</strong>n enthalten, als<br />
logisches Datei-Verzeichnis sichtbar<br />
Unterscheidung zwischen logischer (Nutzersicht) und physikalischer<br />
(Hardwaresicht) Dateiorganisation<br />
Logische Dateiorganisation - Unterscheidung bei den verschiedenen Betriebssytemen<br />
Physikalische Dateiorganisation - in manchen <strong>Betriebssysteme</strong>n vollständig versteckt<br />
‣ Moderne Verzeichnisstrukturen sind in einer hierarchischen<br />
Baumstruktur angeordnet.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
41<br />
42<br />
Dateiverwaltung<br />
Dateiverwaltung<br />
Verzeichnisstruktur - Unix vs. Windows<br />
Zugriffsmethoden auf Speichermedien<br />
Logische Verzeichnisstruktur Unix/Unixderivate<br />
Sequentiell<br />
Wahlfrei<br />
logi<br />
sch<br />
e<br />
Stru<br />
ktur<br />
/<br />
root directory<br />
/bin /usr /etc /dev /home ...<br />
Programme Konfiguration Geräte "Eigene Dateien"<br />
gaebler gronau ...<br />
Nutzer<br />
Logische/physikalische Verzeichnisstruktur Windows<br />
Festplatte<br />
Floppy Laufwerke (CD-ROM,...)<br />
C: A: D:<br />
Dok./Einst. Programme Windows<br />
physikalische Struktur<br />
All Users Gaebler ... Opera Office ... Sämtliche<br />
Nutzer<br />
Betriebssystemdateien<br />
...<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
43<br />
Reihenfolge<br />
der Speicherung<br />
auf<br />
Medium<br />
Magnetband<br />
File1<br />
File2<br />
File3<br />
File4<br />
File5<br />
File6<br />
File7<br />
Schreibund<br />
Leserichtung<br />
File1<br />
File2<br />
File3<br />
File4<br />
File5<br />
File6<br />
File7<br />
Zugriff in der physischen Reihenfolge<br />
Reihenfolge<br />
der Speicheradressen<br />
auf<br />
Medium<br />
Festplatte, optische Speicher,<br />
Flashspeicher<br />
Zugriff auf beliebige Stellen ggf. mit<br />
Wartezeiten - random access<br />
‣ Die Art und Weise des Speicherzugriffs ist abhängig sowohl von<br />
der Dateiorganisation als auch vom Speichermedium.<br />
File1<br />
File2<br />
File3<br />
File4<br />
File5<br />
File6<br />
File7<br />
File6<br />
File5<br />
File2<br />
File7<br />
File4<br />
File1<br />
.... File3<br />
Reihenfolge des Aufrufs<br />
Stahlknecht 2000, S. 53<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
44
Dateiverwaltung<br />
Dateiverwaltung<br />
Zugriffsrechte und Dateiattribute<br />
Benutzerschnittstelle für Ein-/Ausgabeverwaltung<br />
Bereitstellung flexibler Werkzeuge durch File System -> kollisions- freier<br />
simultaner Zugriff auf Dateien<br />
Zuweisung von Benutzungsrechten an Benutzer bzw. Benutzer- gruppen<br />
Unix/Unixderivate<br />
Komplexe Zugriffsrechte - Trennung in Nutzer und Nutzergruppen<br />
Dateiatttribute: Lesen (r), Schreiben (w) und Ausführen (x) - "rwx-Flags"<br />
Datei angelegt - Besitzer<br />
Windows<br />
Keine vollwertigen Zugriffsrechte (außer NT, Windows 2000)<br />
Nur allgemeine Regelung von Zugriffsrechten über Dateiattribute - schreibgeschützt,<br />
versteckt<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Funktionen<br />
Formen der Benutzerführung<br />
Dateiverzeichnisse einsehen - Daten erzeugen,<br />
verändern, löschen und sichern<br />
Programme und Anwendungen starten<br />
Hardware-Komponenten aktivieren/deaktivieren und<br />
Transaktionen auslösen<br />
Tastaturkommandos<br />
Menügesteuerte Oberflächen<br />
Grafische Oberflächen<br />
‣ Über die Benutzerschnittstelle erhält der Nutzer eine<br />
Benutzerführung am Bildschirm für den Dialog mit dem System.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
45<br />
46<br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Datenverarbeitungssysteme, Architekturen, <strong>Betriebssysteme</strong><br />
Kontrollfragen<br />
Literatur<br />
Welches grundlegende Prinzip kennzeichnet die Datenverarbeitung im<br />
Computer?<br />
Welche Bestandteile umfasst die Hardware?<br />
Welche Aufgaben besitzt die Software?<br />
Welche Rechnerarten gibt es?<br />
Wie werden Informationen im Rechner gespeichert, und wie wird auf diese<br />
zugegriffen?<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
Stahlknecht, P./Hasenkamp, U.: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 11.<br />
Auflage. Springer Verlag (Berlin) 2004.<br />
Brause, R.: <strong>Betriebssysteme</strong>, 3. Auflage. Springer Verlag (Berlin), 2004.<br />
Hansen, H. R./Neumann, G.: Wirtschaftsinformatik I, 9. Auflage. Utb, 2005.<br />
Abts, D./Mülder, W.: Grundkurs Wirtschaftsinformatik, 5. Auflage. Vieweg<br />
2004.<br />
c Prof. Dr.-Ing. Norbert Gronau, Universität Potsdam<br />
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