Betriebssystemebenen, Prozessmanagement und Speicherverwaltung

Betriebssystemebenen und ihre Funktionen

Ebene 1: CPU-Verwaltung

• Ziel: CPU-Sharing zwischen nicht blockierenden Prozessen.
• Funktionen: Initialisierung, Synchronisierung, CPU-Zuweisung, Speicherverwaltung, Interrupt-Verwaltung.

Ebene 2: Speicherverwaltung

• Ziel: Speicherverwaltung zwischen Prozessen.
• Funktionen: Speicherzuweisung und -freigabe, Zugriffskontrolle.

Ebene 3: Prozessmanagement

• Ziel: High-Level-Prozessmanagement.
• Funktionen: Prozesserstellung und -zerstörung, Nachrichtenübermittlung, Prozess-Inhaftierung und -Start.

Ebene 4: Geräteverwaltung

• Ziel: Verwaltung von E/A-Geräten.
• Funktionen: E/A-Erstellung, Gerätezuweisung und -freigabe, E/A-Planung.

Ebene 5: Informationsmanagement

• Ziel: Verwaltung des logischen Namensraums, Speicherung und Schutz von Informationen.
• Funktionen: Erstellung und Zerstörung von Dateien und Verzeichnissen, Öffnen und Schließen von Dateien, Lesen und Schreiben von Dateien, Zugriffsschutz.

Prozesse im Detail

Ein Prozess ist ein ausgeführtes Programm, das in den Speicher geladen wurde. Der Loader bereitet den Prozess vor und der Executive erstellt den BCP (Process Control Block).

• PID: Jeder Prozess erhält eine eindeutige ID (PID).
• Priorität: Eine Basis-Priorität wird zugewiesen.
• Ressourcen: Alle benötigten Ressourcen (außer CPU) werden zugewiesen.

Der Prozess wird in die Prozesstabelle für den virtuellen Speicher eingefügt (abhängig von der verwendeten Speicherverwaltungstechnik). Der Status wird auf 'bereit' geändert und der Prozess wird in die Warteschlange der bereiten Prozesse eingefügt.

Der Scheduler entscheidet, welcher Prozess ausgeführt wird, basierend auf den Prioritäten der Prozesse (dynamische Priorität). Um zu verhindern, dass ein Prozess mit sehr niedriger Priorität jemals ausgeführt wird, implementiert der Planer dynamische Prioritäten:

• Neue Prioritäten für Prozesse am Ende der CPU-Warteschlange.
• Auswahl des Prozesses mit der höchsten Priorität.
• Änderung des Status des Prozesses auf 'ausführend'.
• Aufruf der Kontextwechsel-Routine.

Jedem Prozess wird eine Anzahl von Quanten zugewiesen, die statisch oder dynamisch in Abhängigkeit von der Priorität des Prozesses sein können. Nach Abschluss der Laufzeit fordert der Manager Interrupts an.

Häufige Interrupts sind das Ende der Ausführungszeit, E/A-Anforderungen oder Fehler.