Aufgaben Flashcards
Charakterisieren Sie den Begriff des Betriebssystems auf Basis seiner Aufgaben?
Betriebssystem – Aufgaben und Definition
Definition:
Ein Betriebssystem ist eine Software, die als Vermittler zwischen dem Benutzer und der Rechnerhardware fungiert. Es steuert und überwacht die Ausführung von Programmen und verwaltet alle Systemressourcen.
Hauptaufgaben:
1. Hardwareverwaltung: Steuert und überwacht die Hardware (CPU, Speicher, Peripheriegeräte).
2. Benutzerschnittstelle: Bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche für den Zugang zur Hardware.
3. Programmverwaltung: Führt Programme aus und verwaltet Multitasking.
4. Speicherverwaltung: Organisiert und teilt Arbeitsspeicher zu.
5. Dateiverwaltung: Organisiert und speichert Dateien, bietet Zugriff auf sie.
6. Sicherheits- und Zugriffssteuerung: Regelt Benutzerrechte und schützt das System.
7. Fehlermanagement: Überwacht Fehler und verwaltet Ausnahmen.
Ziel:
Schafft eine effiziente und benutzerfreundliche Umgebung für die Programmausführung.
Charakterisieren Sie die Aufgaben eines Betriebssystems.
Aufgaben eines Betriebssystems
1. Hardwareverwaltung: Steuert und überwacht CPU, Speicher und Geräte.
2. Speicherverwaltung: Organisiert und teilt Speicher an Prozesse zu.
3. Prozessverwaltung: Überwacht Prozesse, ermöglicht Multitasking.
4. Dateiverwaltung: Verwalten von Dateien und Dateisystemen.
5. Benutzerschnittstelle: Bietet GUI oder CLI für Nutzerinteraktionen.
6. Geräteverwaltung: Verbindet Anwendungen mit Hardware (z. B. Treiber).
7. Sicherheitsmanagement: Schutz durch Benutzerrechte und Zugriffskontrollen.
8. Fehlerbehandlung: Erkennt, meldet und behebt Systemfehler.
Ziel: Effiziente und benutzerfreundliche Ressourcennutzung.
Was sind Privilegierungsebenen eines Prozessors?
Privilegierungsebenen eines Prozessors
Definition:
Schutzmechanismen, die Zugriffe auf Hardware und Befehle regulieren.
Ebenen (z. B. x86-Prozessoren):
1. Ring 0: Höchstes Privileg, Kernel-Modus (z. B. Betriebssystem).
2. Ring 1 & 2: Mittleres Privileg, selten genutzt (z. B. Treiber).
3. Ring 3: Niedrigstes Privileg, User-Modus (z. B. Programme).
Vorteil:
• Sicherheit und Stabilität durch Trennung von Benutzer- und Systemprozessen.
• Schema der Ringe beim x86-System mit Gates zur Kommunikation.
Welche minimalen Privilegierungsebenen gibt es und wie lauten die Fachbegriffe
für diese Ebenen?
• Die Anzahl der Privilegierungsebenen hängt von der CPU ab. Im einfachsten Fall gibt es zwei Ebenen:
• Kernel-Mode: alles ist erlaubt
• User-Mode: vieles ist eingeschränkt
• Monolithischer Kernel
• Funktionen zur Speicher- und Prozessverwaltung
• Funktionen zur Kommunikation zwischen den Prozessen
• Treiber für die Hardwarekomponenten
• mögliche weitere Funktionen
• Mikrokernel
• Funktionen zur Speicher- und Prozessverwaltung
• Grundfunktionen zur Synchronisation und Kommunikation
• Hybrider Kernel
in Hybridkernel (Makrokernel) ist ein Kompromiss zwischen einem Mikrokernel und einem monolithischen Kernel. Aus Geschwindigkeits-gründen werden einige Teile in den Kern integriert, der deswegen kein reiner Mikrokernel mehr ist, aber noch nicht genügend Funktionen besitzt, um als monolithischer Kernel zu gelten.
Klassifizieren Sie die Auftragsbearbeitung im Betriebssystem
Klassifikation der Auftragsbearbeitung im Betriebssystem
1. Stapelverarbeitung (Batch Processing):
• Beschreibung: Aufgaben werden nacheinander ohne Benutzerinteraktion bearbeitet.
• Einsatz: Geeignet für Aufgaben, die keine sofortige Rückmeldung erfordern und in großen Mengen ausgeführt werden können, z. B. Batch-Datenverarbeitung.
2. Interaktiver Betrieb (Interactive Processing):
• Beschreibung: Der Rechner reagiert sofort auf Benutzerbefehle.
• Einsatz: Anwendungen, bei denen der Benutzer kontinuierlich Eingaben macht und sofortige Antworten erhält, wie z. B. Textverarbeitung oder Browsing.
3. Time-Sharing Betrieb:
• Beschreibung: Die Rechenzeit wird auf mehrere Benutzer oder Programme aufgeteilt.
• Einsatz: Mehrbenutzersysteme, bei denen mehrere Benutzer gleichzeitig auf den Rechner zugreifen, z. B. bei Servern oder Multitasking-Betriebssystemen.
4. Echtzeitbetrieb (Real-Time Processing):
• Beschreibung: Der Rechner reagiert innerhalb fester, vorgegebener Zeitrahmen auf Eingaben oder Ereignisse.
• Einsatz: Anwendungen, die eine sofortige Reaktion erfordern, wie z. B. in der Luftfahrt, Medizin oder bei industriellen Steuerungen.
Jeder dieser Betriebsmodi wird je nach Art der Aufgabe und den Anforderungen an Reaktionszeit und Interaktivität eingesetzt.
Aus welchen “Teilen” besteht ein Prozess?
• Eine Prozess besteht aus dem Tupel (C, D, S, I):
• C: Codesegment
• D: Datensegment
• S: Stacksegment
• I: Statusinformation
Durch welche Datenstruktur wird ein Prozess charakterisiert und benennen Sie
drei Beispiele für Datenfelder?
Datenstruktur: Prozesskontrollblock (PCB)
Definition:
Verwaltet alle relevanten Informationen über einen Prozess.
Wichtige Datenfelder:
1. Prozess-ID (PID): Eindeutige Identifikation des Prozesses.
2. Prozesszustand: Ready, Running, Waiting, etc.
3. Programmzähler: Speichert die nächste auszuführende Anweisung.
Weitere Felder:
• CPU-Register.
• Speicherinformationen.
• Priorität.
Welche Prozesszustände gibt es?
- erzeugt
- bereit
- blockiert
- laufend
- beendet
Charakterisieren Sie den Begriff “Thread” und dessen Einsatz.
Thread – Charakterisierung und Einsatz
Definition:
Ein Thread ist ein sequentieller Ablauf innerhalb eines Prozesses. Er ermöglicht die parallele Ausführung von Aufgaben innerhalb eines einzelnen Prozesses.
Einsatz:
• Mehrere Threads in einem Prozess: Ein Prozess kann aus mehreren Threads bestehen, die gleichzeitig (parallel) ausgeführt werden, um die Effizienz und Reaktionsfähigkeit zu steigern.
• Gemeinsame Nutzung von Ressourcen: Threads innerhalb eines Prozesses teilen sich Betriebsmittel wie das Codesegment, Datensegment und Dateizeiger.
• Individuelle Ressourcen: Jeder Thread hat jedoch seinen eigenen Stack und Statusinformationen, um seine Ausführung unabhängig verwalten zu können.
Vorteil:
• Threads ermöglichen parallele Abläufe, was die Leistungsfähigkeit und Reaktionszeit eines Programms verbessert, insbesondere bei Aufgaben, die unabhängig voneinander ausgeführt werden können.
Welche “Arten” von Threads gibt es?
• Kernel-level Threads
• User-level Threads
Welche Technik wird zur Implementierung von Nebenläufigkeiten genutzt?
Ein Semaphor ist eine Datenstruktur in der Informatik, die zur Synchronisation von Prozessen dient. Es besteht aus einem ganzzahligen Zähler und zwei atomaren Operationen: Warten (P) und Signalisieren (V). Diese Operationen steuern den Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen. Ein Semaphor kann entweder ein binärer Semaphor sein, der nur die Werte 0 und 1 annimmt, oder ein zählender Semaphor, der größere Werte erlaubt und somit mehreren Prozessen gleichzeitig den Zugriff ermöglicht
Was ist ein Inode?
• Attribute einer Datei und Ortsinformationen über ihren Inhalt werden in einem Inode gehalten (ein Block auf Platte)
• Inodes pro Partition nummeriert (Inode Number)
Inode
Definition:
Ein Inode ist eine Datenstruktur in Unix/Linux-Dateisystemen, die Metadaten einer Datei oder eines Verzeichnisses speichert.
Enthält:
1. Dateigröße.
2. Dateityp (z. B. Datei, Verzeichnis).
3. Zugriffsrechte und Eigentümer.
4. Zeitstempel (Erstellung, Zugriff, Änderung).
5. Zeiger auf die Speicherblöcke der Datei.
Enthält nicht:
• Den Dateinamen (dieser wird im Verzeichnis gespeichert).
