Effiziente Organisation und Funktionen von Betriebssystemen

Organisation eines Computers

Designstufen: Jede Ebene stellt übergeordnete Features und Funktionen dar.
Beschreibung: Top-down oder Bottom-up.
Hierarchische Organisation: Jede Ebene stellt eine Reihe von miteinander verbundenen Systemen dar, die jeweils wiederum eine hierarchische Struktur aufweisen. Die Struktur ist die des Tannenbaums.

Ein Betriebssystem ist ein Ressourcen-Manager und eine Schnittstelle zu Programmen, Anwendern und Hardware. Das Betriebssystem ist interessant, da es Aspekte aus verschiedenen Bereichen im Zusammenhang mit Computern, Sprachen, Hardware, Datenstrukturen, Algorithmen usw. kombiniert. Der grundlegende Zweck eines Betriebssystems ist es, eine virtuelle Maschine zu schaffen, die einfach zu bedienen ist.
Seine Funktionen sind: Anwender teilen sich die Hardware,

• Erleichterung von Input/Output
• Planung von Ressourcen zwischen Nutzern
• Definieren der Benutzeroberfläche
• Benutzern erlauben, Daten zu verwalten
• Wiederherstellung von Fehlern

Die wichtigsten Ressourcen eines Betriebssystems, die verwaltet werden: Prozessoren, E/A-Geräte, Speicher- und Datenmanagement.
Koordinator und Verkehrspolizei: Verwaltet alle Ressourcen, löst Konflikte bei Anfragen und verhindert Fehler sowie unsachgemäße Nutzung des Computers. Moderation: Stellt alle notwendigen Einrichtungen bereit, einschließlich Standardbibliotheken und Windowing-Systemen, und macht die Anwendungsprogrammierung einfacher, schneller und fehlerfreier.

Vision eines Betriebssystems | Weitblick: Schafft eine Umgebung für die Erstellung und Pflege von Programmen, bietet eine ausgereifte Programmierschnittstelle für Operationen und ermöglicht eine einfache Verwaltung von Systemressourcen.

Eingeschränkte Vision: Grundsätzlich umfasst der Kern des Systems die Funktionen und Datenstrukturen, die notwendig sind, um Ressourcen zu verwalten:

• CPU
• Speicher
• E/A-Geräte
• Prozesse

Batch: Das Betriebssystem war immer im Speicher. Um die Verarbeitung zu beschleunigen, wurden ähnliche Arbeiten in Chargen gruppiert und als Gruppe auf dem Computer ausgeführt. Oft war die CPU im Leerlauf. Es ersetzte den Kartenleser und führte Job-Scheduling sowie Multiprogrammierung durch. Interaktiv: Bietet direkte Kommunikation zwischen dem Benutzer und dem System. Der Anwender weist das Betriebssystem oder direkt ein Programm mit der Tastatur oder Maus an und erwartet sofortige Ergebnisse.

Timesharing: Ermöglicht mehreren Benutzern, den Computer gleichzeitig zu nutzen. Die CPU wechselt schnell von einem Nutzer zum anderen. In Echtzeit: Wird verwendet, wenn es strenge Anforderungen an die Betriebszeit gibt. Es wird in einem engagierten Einsatz verwendet. Das System sollte rechtzeitig innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens reagieren, um eine ordnungsgemäße Datenverarbeitung zu gewährleisten. Netz: Bietet eine Umgebung, in der Nutzer von mehreren Maschinen aus Remote-Zugriff auf Systemressourcen haben. Verteilt: Die Verarbeitung erfolgt zwischen mehreren physischen Prozessoren. Die Prozessoren teilen sich keinen gemeinsamen Speicher oder Takt. Stattdessen hat jeder Prozessor seinen eigenen lokalen Speicher und kommuniziert über verschiedene Kommunikationswege.

4 Schritte zur Ausführung eines Programms auf einem dedizierten Computer:

• Time Machine Backup
• Manuelles Laden des Programms in den Speicher
• Festlegen der Startadresse und Beginn der Ausführung
• Überwachung und Steuerung der Programmausführung auf der Konsole

Der Hauptvorteil der Multiprogrammierung besteht darin, die effiziente Nutzung der CPU durch Überlappung der Anforderungen für die CPU und Input/Output von verschiedenen Benutzern zu maximieren. Es wird angestrebt, die CPU-Auslastung zu erhöhen, indem immer eine Aufgabe für die CPU läuft.

Besser ein gemeinsames System: Wenn es wenige Benutzer gibt, die eine große Aufgabe haben, und die Hardware schnell ist.

Das Echtzeitsystem hat feste Zeitgrenzen und ist gut definiert. Die größte Schwierigkeit für einen Programmierer besteht darin, ein Betriebssystem zu schreiben, das die Verarbeitung innerhalb definierter Grenzen durchführen muss, da das System sonst scheitern kann.