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Veranstaltung Betriebssysteme

Auf dem Smartphone und Tablet laufen Android oder iOS, auf dem Laptop Linux, macOS oder Windows, der Server fährt Ubuntu und der Großrechner im Rechenzentrum, der Mainframe, verwaltet mehreren hundert virtuelle Maschinen mittels z/OS oder einer angepassten Linux-Variante.
Es sind die Betriebssysteme, die der Hardware Leben einhauchen. Trotz unterschiedlicher Namen und Hersteller: Die Konzepte und der interne Aufbau der verschiedenen Betriebssysteme haben viele gemeinsame Aspekte. Sie erlauben es, Programme und Threads zu starten, sie organisieren den Speicher im RAM und auf der Festplatte und ordnen die CPUs und Cores den einzelnen Prozessen und Threads zu...
Die Kenntnisse der Prinzipien, des Aufbau und der Schnittstellen moderner Betriebssysteme gehört zu den zentralen Kompetenzen eines Informatikers.

Studienverlauf

Die Veranstaltung Betriebssysteme ist Pflichtmodul im 4. Fachsemester für die Studierenden der Studiengänge Informatik und Informatik dual. Sie ist offen für Studierende aller anderen Studiengänge.

Stundenumfang: 3V + 2P

Inhalte der Lehrveranstaltung

Einführung

Betriebssystemkomponenten und Strukturen, Betriebssystemschnittstellen, Prozessormodi

Prozesse und Threads

Prozesskonzept, Kontextwechsel, Interprozesskommunikation, Synchronisation, kritische Abschnitte, Semaphore, Threads

Scheduling

Definitionen und Konzepte, Prozessorauslastung, preemptives und nonpreemptives Scheduling, Algorithmen

Speicherverwaltung

Logische und physikalische Adressen, MMU, Speicherschutz und Relokation, Prozessauslagerung, Seitenverwaltung, Paging, TLB, mehrstufiges Paging, Virtueller Speicher, Demand Paging, Seitenfehler, Seitenersetzung, FIFO, LRU

Dateisystem

Dateien, Verzeichnisse, Allokationsstrategien, FAT, UNIX-Dateisysteme, NTFS, Verwaltung offener Dateien, Virtuelle und Netzwerkdateisysteme, I/O-Systeme

Praktikum

Projektorientierte Bearbeitung einer komplexen Aufgabenstellung, Konzeption und Realisierung von Softwarepaketen

inhaltliche Schwerpunkte im Praktikum: Prozesse und Threads, Interprozesskommunikation IPC, Synchronisation, blockierende und nicht blockierende IPC, Betriebssystemschnittstellen, Datenmanagement

exemplarisch: OSMP  - Entwurf und Implementation einer Message Passing Umgebung für Interprozesskommunikation

Qualifikationsziele

Entwickelte Fachkompetenz

Die Studierenden kennen den Aufbau, die Mechanismen und die Schnittstellen moderner Betriebssysteme.

Entwickelte Sozialkompetenz

Regelmäßige Diskussionen innerhalb kleiner Praktikumsgruppen und mit dem Lehrenden führen zu einer deutlich erhöhten Kommunikations- und Teamfähigkeit.

Entwickelte Selbstkompetenz

Die kontinuierliche Arbeit über mehrere Monate an der Lösung einer komplexen Aufgabenstellung stärkt die Fähigkeit zur Arbeitsplanung und erhöht die Flexibilität bei der Anpassung an sich ändernde Anforderungen in Projekten.

Entwickelte Methodenkompetenz

Die Studierenden sind in der Lage, Entscheidungen über den Einsatz von Betriebssystemen in konkreten Anwendungssituationen zu treffen, Systemschnittstellen bei der Software-Entwicklung gezielt einzusetzen und Komponenten von Betriebssystemen eigenständig zu entwickeln. .

Literatur (Auswahl)

[1] A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne, Operating System Concepts, Enhanced eText, Addison-Wesley, 10th Edition, 2018

[2] A.S. Tanenbaum, H. Bos, Modern Operating Systems, Prentice Hall, 4th Edition, 2014

[3] W. Stallings, Operating Systems: Internals and Design Principles, Prentice Hall, 9th Revised Edition, 2017

Lehrangebot und Voraussetzungen

Die Veranstaltung wird regelmäßig im Sommersemester angeboten. Inhaltlich baut die sie auf Informatik I und Informatik II auf. Elementare Rechnerstrukturen, gute Programmierkenntnisse in C und elementare UNIX-Kenntnisse sind notwendig.

Unterlagen zu den Vorlesungen

Weiter Unterlagen, Skripte etc. finden Sie hier ...
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