Lektion 1 - Karteikarten

Flashcards zum Thema Betriebssysteme und grundlegender Aufbau von Computersystemen.

Was ist laut ISO 2382 ein Betriebssystem?

Software, die die Ausführung von Programmen steuert und Dienste wie Ressourcenzuweisung, Ablaufplanung, Ein-/Ausgabesteuerung und Datenmanagement erbringen kann.

Nenne die 4 Hauptkomponenten eines Computersystems.

Prozessor, Hauptspeicher, Ein-/Ausgabe-Komponenten, Kommunikation.

Aus welchen zwei Teilen besteht ein Prozessor?

Steuerwerk und Rechenwerk.

Was ist die Aufgabe des Steuerwerks?

Leitet die Ausführung des Programms, ist verantwortlich für die richtige Reihenfolge, Decodierung der Befehle und Koordination der Ausführung.

Was ist die Aufgabe des Rechenwerks?

Erledigt die eigentlichen Berechnungen mit arithmetischen und logischen Funktionen (ALU).

Was bedeutet freie Adressierbarkeit im Bezug auf den Hauptspeicher?

Die CPU hat wahlfreien Zugriff auf die dort abgelegten Daten (Random Access Memory).

Wie ist der Hauptspeicher organisiert?

In Zellen, die jeweils eine Adresse haben. Kleinste adressierbare Größe ist ein Byte (8 Bit).

Wie viele Bytes sind ein Kibibyte, ein Mebibyte und ein Gibibyte?

Kibibyte: 1024, Mebibyte: 1024^2, Gibibyte: 1024^3.

Welche Aufgabe haben die Ein-/Ausgabe-Komponenten?

Bilden Schnittstellen zur Umgebung und sind zuständig für die Ein- und Ausgabe von Daten und Programmen.

Wie erfolgt die interne Kommunikation zwischen den Elementen der Von-Neumann-Architektur?

Über Bussysteme (Adressbus und Datenbus).

Was ist die Aufgabe des Adressbusses?

Der Prozessor teilt dem Hauptspeicher mit, welche Speicherzelle ausgelesen wird.

Was ist die Aufgabe des Datenbusses?

Austausch des Inhalts der Zelle zum Prozessor.

Beschreibe den Ablauf des Von-Neumann-Zyklus.

1. Befehl holen, 2. Befehl decodieren, 3. Operand holen, 4. Befehl ausführen, 5. Ergebnis speichern.

Was ist Maschinensprache?

Eine für jede Prozessorfamilie spezifische Sprache, in der Befehle in Form von Zahlen vorliegen.

Was ist ein Register?

Ein schneller Zwischenspeicher innerhalb eines Prozessors, in dem Ergebnisse temporär für weitere Berechnungen abgelegt werden.

Nenne Erweiterungen und Veränderungen der Von-Neumann-Architektur bei modernen Prozessoren.

Befehls-Pipelining, Vektorbefehle und Vektorregister, Caches.

Was ist ein Cache?

Ein schneller Assoziativspeicher, der die Lücke zwischen den Zugriffszeiten des Prozessors und des Hauptspeichers schließt.

Was versteht man unter Parallelverarbeitung?

Ein System mit n Verarbeitungseinheiten kann die Verarbeitung im Idealfall um den Faktor n beschleunigen.

Wie realisiert man Parallelverarbeitung?

Durch Multicore-Systeme, bei denen mehrere logische Prozessoren auf einem Chip verbaut werden.

Nenne 5 Facetten und Aufgaben von Betriebssystemen.

Betriebsarten der Computer unterstützen, Programmabwicklung organisieren, Benutzerschnittstellen zur Verfügung stellen, Benutzer-, Geräte- und Ressourcenverwaltung durchführen, Systemsicherheit und Systemüberwachung gewährleisten.

Was versteht man unter Laden (Booten)?

Ein nicht-flüchtiges Stück Software (Bootloader) lädt das Betriebssystem.

Was ist der "Kernel"?

Der Kern-Code eines Betriebssystems, der im privilegierten Modus ausgeführt wird und einen erweiterten Satz an Befehlen hat.

Was sind Systemaufrufe?

Die Schnittstelle zwischen Anwendungsprogramm, Betriebssystem und Hardware.

Was ist der Interrupt Controller?

Eine Erweiterung des Von-Neumann-Modells, die eingehende Signale verarbeitet und Interrupt-Signale an die CPU sendet.

Was passiert im Programmzähler beim Interrupt?

Der Inhalt des Programmzählers wird mit einem neuen Wert gefüllt (Adresse innerhalb des Betriebssystemkerns), und der alte Wert wird gemerkt.

Was ist Mehrbenutzerbetrieb?

Das Betriebssystem erlaubt die Verarbeitung von Programmen von mehreren Benutzern.

Was ist Stapelverarbeitung?

Automatische hintereinander und/oder parallele Ausführung einer großen Menge an Aufgaben ("jobs").

Welche Aufgabe hat das Betriebssystem im Bezug auf die Programmabwicklung?

Es sorgt dafür, dass ein weiteres Programm zur Ausführung kommt (z.B. bei Stapelverarbeitung).

Welche Aufgabe hat das Betriebssystem im Bezug auf die Benuterschnittstelle?

Es stellt Benutzerschnittstellen zur Verfügung, etwa über GUI, und abstrahiert den Zugriff auf die eigentliche Hardware.

Welche Aufgabe hat das Betriebssystem im Bezug auf Benutzer-, Geräte-, und Ressourcenverwaltung?

Kontenverwaltung, Schutz vor unberechtigtem Zugriff und Steuerung von Hardware und Ressourcen wie CPU und Hauptspeicher.

Was sind Gerätetreiber?

Programmcode, der die Kommunikation mit angeschlossenen Geräten steuert.

Was sind Prozesse?

Programme, die sich in Ausführung befinden.

Was ist der Unterschied zwischen Programmen und Prozessen?

Programme sind eine Folge von Maschinenbefehlen, Prozesse sind Programme in Ausführung.

Wie geht der Wechsel zwischen verschiedenen Prozessen von statten?

Das Betriebssystem nutzt die Abstraktion des Prozesses als Instanz eines Programms in Ausführung und verwaltet den Status im Prozesskontrollblock.

Was passiert beim Prozesswechsel mit dem Inhalt des Programmzählers?

Der Prozessor speichert den Inhalt des Programmzählers, und das Betriebssystem speichert diesen im Prozesskontrollblock.

Was ist Multitasking?

Prozesse werden quasi-parallel oder durch ständige Prozesswechsel auf der CPU ausgeführt.

Was ist Multiprocessing?

Wenn es in einem System mehr als eine CPU gibt, so wird Multitasking zum Multiprocessing erweitert.

Nenne die 3 Prozesszustände.

Aktiv, bereit und blockiert.

Was passiert beim Prozesszustand "blockiert"?

Der Prozess wartet auf den Abschluss von Eingabe-/Ausgabe-Operationen.

Was ist präemptives Multitasking?

Die wiederholte, zeitweise Unterbrechung der einzelnen Prozesse, um die Bearbeitung eines jeweils anderen Prozesses zu ermöglichen.

Wozu ist präemptives Multitasking gut?

Somit hat man Kontrolle wieder über die CPU, man kann wieder andere Prozesse in Ausführung bringen, zur Not auch einen nicht-kooperativen Prozess beenden.

Was ist "Quasi-gleichzeitig?"

verschiedene Vorgänge werden in so kurzen Abständen abwechselnd aktiviert, so dass der Eindruck der Gleichzeitigkeit entsteht

Was ist Multithreading?

Das quasi-gleichzeitige Abarbeiten mehrerer Threads des selben Prozesses.

Was ist eine Zeitscheibe?

Die Zeit, die ein Prozess maximal durchgehend von der CPU bedient werden darf, bevor das Betriebssystem wieder die Kontrolle erhält.

Was ist ein Thread?

Ein Ausführungsfaden innerhalb eines Prozesses.

Was ermöglicht die sog. Thread-Programmierung?

mehrere Aufgaben , die nicht unbedingt sequeziell, sonder können nebenläufig und damit (quasi-) parallel verarbeitet werden

Was sind System Bibliotheken?

Häufig verwendete und insbesondere systemnahe Funktionen, die Systembibliotheken den Anwendungen zur Verfügung stellen.

Was versteht man unter Fragmentierung?

Beschreibt allg die Zerstückelung eines Speicherraums- kann Hauptspeicher oder Festplattenspeicher betreffen

Was versteht man unter Abstraktion ?

Abstraktion in der IT bezeichnet den Prozess, bei dem komplexe Systeme oder Konzepte vereinfacht und in verständlichere, handhabbare Teile zerlegt werden.

Was versteht man unter Dynamischer Speicherverwaltung?

IdR weiss ein Programm nicht beim Starten ( sprich, wenn aus ihm ein Prozess wird) wieviel Hauptspeicher es bei der Abarbeitung benötigen wird- entscheidet sich erst bei der Laufzeit

Nennen 4 Strategien für die Zuteilung von dynamischen Speicher

First fit, best fit, next fit, worst fit

Was ist die physische Adresse?

Reale am Adressbus anliegende Adresse der Speicherzellen

Was ist die logische Adresse?

Virtuelle auf den Startpunkt 0 bezogene Adresse, die mithilfe einer Hardware- Einheit (MMU = Memory Management Unit ) in die physische Adresse umgerechnet wird

Was ist Paging?

der virtuelle Adressraum wird in Seite (Pages) aufgeteilt,die jeweils einem Bereich des physischen Adressraum entsprechen ( die Kachel)

Was ist Speicherschutz?

soll fehlerhafte Programme daran hindern, wild Daten quer durch den Hauptspeicher zu verändern - teilt man den Adressraum in gültige und ungültige Adressen

Welches Problem löst das Verwenden von logischen und physischen Speicheradressen ?

Ein Problem, das bei Multitasking in Bezug auf die Speicherverwaltung auftritt, ist, dass hier der Programmcode der Prozesse von unterschiedlichen Stellen im Hauptspeicher geladen werden kann

Was ist eine Kachel?

bei der virtuellen Speicherverwaltung mit Paging wird der physische Hauptspeicher in Blöcke eingeteilt, die man Kacheln oder auch Seitenrahmen ( Pageframe) nennt

Wieviele Adressen ergeben sich bei einem 32 Bit Prozessor?

2 hoch 32 = 4.294.967.296 Adressen

Was sind Seitentabellen?

bei der virtuellen Speicherverwaltung mittels Paging Adressumsetzung über Seitentabellen hier ist für jeden Prozess hinterlegt, welche seiner Speicherseiten auf welcher Kachel im Hauptspeicher liegt

Was enthält ein Seitentabelleneintrag, 4 Einträge ?

physische Adresse, Validitätsbit, Schreibschutzbit, Zugriffs - oder Referenzbit

Was ist Demand Paging

Verfahren welches die virtuelle Speicherverwaltung derart mit dem Hintergrundspeicher (Festplatte) verknüpft, sodass Seiten erst bei Bedarf in den Hauptspeicher eingelesen werden sowie in Gegenrichtung bei Nichtgebrauch oder einem zu vollem Hauptspeicher wieder ausgelagert werden können

Warum gibt es Verdrängungsstrategien beim Demand Paging?

So wie das Betriebssystem bei der Zuteilung von dynamischem Speicher entscheiden muss welche freie Region für die Speicheranforderung eines Prozesses verwendet werden soll, so muss beim Demand Paging entschieden werden, welche Seite aus dem Hauptspeicher im Gegenzug für die neue Seite auf dem Hintergrundspeicher verdrängt werden soll

Was gibt es für typische Verdrängungstrategien beim Demand Paging? (3)

First- In-First - Out (FIFO), Least Frequently Use (LFU), Least Recenly Used (LRU)

Was ist ein Blockgeräte ?

Block Storage Devices = Speichergeräte, das Daten in gleich großen Blöcken oder Einheiten speichert und verwaltet

Was sind logischen Blockadressen (LBA)?

ergeben linearen Adressraum im Gegensatz zum Hauptspeicher nicht 1 Byte, sondern zb 512 Byte oder 4 Kibibyte

Was ist eine Datei?

Kofferwort aus “Daten” und “Kartei” hier werden unter einem Namen eine Menge an Daten als logische Einheit zusammengefasst

Was versteht man unter Formatierung?

das initiale Einrichten eines Datenträgers für ein bestimmtes Dateisystem

Was ist eine I-Node?

grundlegende Datenstruktur in vielen Dateisystemen, die jeweils eine einzelne Datei auf der Festplatte beschreibt

Was ist ein Verzeichnis

einfach eine Datei, die eine Tabelle mit Dateinamen und I-Node- Adressen