Moderne Betriebssysteme:
Gespeichert in:
| Beteiligte Personen: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
München
Pearson
[2016]
|
| Ausgabe: | 4., aktualisierte Auflage |
| Schriftenreihe: | it informatik
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| Schlagwörter: | |
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| Beschreibung: | Weitere Angaben: Übersetzung: Dipl.-Inf. Katharina Pieper |
| Umfang: | 1285 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm |
| ISBN: | 9783868942705 386894270X |
Internformat
MARC
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| adam_text | Inhaltsübersicht
Vorwort 21
Kapitel 1 Einführung 27
Kapitel 2 Prozesse und Threads 125
Kapitel 3 Speicherverwaltung 237
Kapitel 4 Dateisysteme 329
Kapitel 5 Eingabe und Ausgabe 415
Kapitel 6 Deadlocks 531
Kapitel 7 Virtualisierung und die Cloud 573
Kapitel 8 Multiprozessorsysteme 627
Kapitel 9 IT-Sicherheit 715
Kapitel 10 Fallstudie 1: Linux 855
Kapitel 11 Fallstudie 2: Windows 8 1017
Kapitel 12 Entwurf von Betriebssystemen 1161
Kapitel 13 Bibliografie 1221
Namensregister 1265
Register 1267
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 21
Kapitel 1 Einführung 27
1.1 Was ist ein Betriebssystem?.......................................... 31
1.1.1 Das Betriebssystem als eine erweiterte Maschine............... 31
1.1.2 Das Betriebssystem als Ressourcenverwalter.................... 33
1.2 Geschichte der Betriebssysteme....................................... 34
1.2.1 Die erste Generation (1945-1955) - auf Basis von
Elektronenröhren.............................................. 35
1.2.2 Die zweite Generation (1955-1965) - Transistoren und
Stapelverarbeitungssysteme.................................... 36
1.2.3 Die dritte Generation (1965-1980) - integrierte Schaltkreise
und Multiprogrammierung....................................... 38
1.2.4 Die vierte Generation (1980 bis heute) - der PC............... 43
1.2.5 Die fünfte Generation (1990 bis heute) - mobile Computer .... 48
1.3 Überblick über die Computerhardware.................................. 49
1.3.1 Prozessoren................................................... 50
1.3.2 Arbeitsspeicher............................................... 54
1.3.3 Festplatten................................................... 58
1.3.4 Ein-/Ausgabegeräte............................................ 59
1.3.5 Bussysteme.................................................... 63
1.3.6 Hochfahren des Computers...................................... 66
1.4 Die Betriebssystemfamilie............................................ 67
1.4.1 Betriebssysteme für Großrechner............................... 67
1.4.2 Betriebssysteme für Server.................................... 67
1.4.3 Betriebssysteme für Multiprozessorsysteme..................... 68
1.4.4 Betriebssysteme für PCs....................................... 68
1.4.5 Betriebssysteme für Handheld-Computer......................... 68
1.4.6 Betriebssysteme für eingebettete Systeme...................... 69
1.4.7 Betriebssysteme für Sensorknoten.............................. 69
1.4.8 Echtzeitbetriebssysteme....................................... 69
1.4.9 Betriebssysteme für Smartcards.............................. 70
1.5 Betriebssystemkonzepte............................................... 71
1.5.1 Prozesse...................................................... 71
1.5.2 Adressräume................................................... 74
1.5.3 Dateien..................................................... 74
1.5.4 Ein-und Ausgabe............................................... 78
1.5.5 Datenschutz und Datensicherheit. ........................... 78
1.5.6 Die Shell..................................................... 79
1.5.7 Die Ontogenese rekapituliert die Phylogenese.................. 80
Inhaltsverzeichnis
1.6 Systemaufrufe.................................................... 84
1.6.1 Systemaufrufe zur Prozessverwaltung......................... 89
1.6.2 Systemaufrufe zur Datei Verwaltung.......................... 91
1.6.3 Systemaufrufe zur Verzeichnis Verwaltung.................... 92
1.6.4 Sonstige Systemaufrufe...................................... 94
1.6.5 Die Win32-Programmierschnittstelle (API) unter Windows ... 95
1.7 Betriebssystemstrukturen......................................... 98
1.7.1 Monolithische Systeme...................................... 99
1.7.2 Geschichtete Systeme....................................... 100
1.7.3 Mikrokerne................................................. 102
1.7.4 Das Client-Server-Modell................................... 105
1.7.5 Virtuelle Maschinen. .................................. 105
1.7.6 Exokerne................................................... 110
1.8 Die Welt aus der Sicht von C...................................... 111
1.8.1 Die Programmiersprache C................................... 111
1.8.2 Header-Dateien............................................. 112
1.8.3 Große Programmierprojekte................................ 113
1.8.4 Das Laufzeitmodell......................................... 114
1.9 Forschung im Bereich der Betriebssysteme.......................... 115
1.10 Überblick über das Buch........................................... 116
1.11 Metrische Einheiten............................................... 117
Zusammenfassung................................................... 119
Übungen......................................................... 120
Kapite! 2 Prozesse und Threads 125
2.1 Prozesse.......................................................... 126
2.1.1 Das Prozessmodell.......................................... 127
2.1.2 Pr ozess erzeugung......................................... 129
2.1.3 Prozessbeendigung ......................................... 132
2.1.4 Prozesshierarchien......................................... 133
2.1.5 Prozesszustände............................................ 133
2.1.6 Implementierung von Prozessen.............................. 136
2.1.7 Modellierung der Multiprogrammierung....................... 138
2.2 Threads........................................................... 139
2.2.1 Der Gebrauch von Threads................................... 140
2.2.2 Das klassische Thread-Modell............................... 146
2.2.3 POSIX-Threads.............................................. 150
2.2.4 Implementierung von Threads im Benutzeradressraum....... 153
2.2.5 Implementierung von Threads im Kern........................ 156
2.2.6 Hybride Implementierungen.................................. 157
2.2.7 Scheduler-Aktivierungen.................................... 158
2.2.8 Pop-up-Threads............................................. 160
2.2.9 Einfachthread-Code in Multithread-Code umwandeln........... 161
2.3 Interprozesskommunikation ........................................ 165
2.3.1 Race Conditions............................................ 165
2.3.2 Kritische Regionen......................................... 167
8
Inhaltsverzeichnis
2.3.3 Wechselseitiger Ausschluss mit aktivem Warten............... 168
2.3.4 Sleep und Wakeup............................................ 174
2.3.5 Semaphor.................................................... 177
2.3.6 Mutex....................................................... 179
2.3.7 Monitor..................................................... 186
2.3.8 Nachrichtenaustausch........................................ 192
2.3.9 Barrieren................................................... 195
2.3.10 Sperren vermeiden: das Read-Copy-Update-Schema.............. 197
2.4 Scheduling......................................................... 199
2.4.1 Einführung in das Scheduling................................ 199
2.4.2 Scheduling in StapelverarbeitungsSystemen................... 207
2.4.3 Scheduling in interaktiven Systemen......................... 209
2.4.4 Scheduling in Echtzeitsystemen.............................. 215
2.4.5 Strategie versus Mechanismus................................ 217
2.4.6 Thread-Scheduling........................................... 217
2.5 Klassische Probleme der Interprozesskommunikation.................. 219
2.5.1 Das Philosophenproblem................................... 219
2.5.2 Das Leser-Schreiber-Problem................................ 223
2.6 Forschung zu Prozessen und Threads................................. 224
Zusammenfassung.................................................... 226
Übungen............................................................ 227
Kapitel 3 Speicherverwaltung 237
3.1 Systeme ohne Speicherabstraktion................................... 239
3.2 Speicherabstraktion: Adressräume................................... 242
3.2.1 Das Konzept des Adressraums................................ 243
3.2.2 Swapping.................................................... 245
3.2.3 Verwaltung von freiem Speicher.............................. 248
3.3 Virtueller Speicher................................................ 251
3.3.1 Paging...................................................... 253
3.3.2 Seitentabellen.............................................. 257
3.3.3 Beschleunigung des Paging................................... 259
3.3.4 Seitentabellen für große Speicherbereiche................... 263
3.4 Seitenersetzungsalgorithmen........................................ 267
3.4.1 Der optimale Algorithmus zur Seitenersetzung................ 268
3.4.2 Der Not-Recently-Used-Algorithmus (NRU)..................... 269
3.4.3 Der First-In-First-Out-Algorithmus (FIFO)................... 270
3.4.4 Der Second-Chance-Algorithmus............................... 271
3.4.5 Der Clock-Algorithmus....................................... 272
3.4.6 Der Least-Recently-Used-Algorithmus (LRU)................... 272
3.4.7 Simulation von LRU durch Software .......................... 273
3.4.8 Der Working-Set-Algorithmus................................ 275
3.4.9 Der WSClock-Algorithmus..................................... 279
3.4.10 Zusammenfassung der Seitenersetzungsstrategien.............. 281
9
Inhaltsverzeichnis
3.5 Entwurfskriterien für Paging-Systeme............................... 282
3.5.1 Lokale versus globale Zuteilungsstrategien................. 282
3.5.2 Lastkontrolle.............................................. 285
3.5.3 Seitengröße................................................ 286
3.5.4 Trennung von Befehls- und Datenräumen...................... 287
3.5.5 Gemeinsame Seiten.......................................... 288
3.5.6 Gemeinsame Bibliotheken.................................... 290
3.5.7 Memory-Mapped-Dateien...................................... 292
3.5.8 Bereinigungsstrategien..................................... 293
3.5.9 Schnittstelle des virtuellen Speichersystems............... 294
3.6 Implementierungsaspekte............................................ 295
3.6.1 Aufgaben des Betriebssystems beim Paging................... 295
3.6.2 Behandlung von Seitenfehlern............................... 296
3.6.3 Sicherung von unterbrochenen Befehlen...................... 297
3.6.4 Sperren von Seiten im Speicher............................. 298
3.6.5 Hintergrundspeicher........................................ 299
3.6.6 Trennung von Strategie und Mechanismus..................... 301
3.7 Segmentierung...................................................... 302
3.7.1 Implementierung von Segmentierung.......................... 306
3.7.2 Segmentierung mit Paging: MULTICS.......................... 306
3.7.3 Segmentierung mit Paging: x86 von Intel ................... 310
3.8 Forschung zur Speicherverwaltung................................... 314
Zusammenfassung................................................... 316
Übungen........................................................... 317
Kapitel 4 Dateisysteme 329
4.1 Dateien............................................................ 332
4.1.1 Benennung von Dateien...................................... 332
4.1.2 Dateistruktur.............................................. 334
4.1.3 Dateitypen................................................. 336
4.1.4 Dateizugriff............................................... 338
4.1.5 Dateiattribute............................................. 338
i
4.1.6 Dateioperationen.......................................... 340
4.1.7 Beispielprogramm mit Aufrufen zum Dateisystem.............. 341
4.2 Verzeichnisse...................................................... 344
4.2.1 Verzeichnissysteme mit einer Ebene......................... 345
4.2.2 Hierarchische Verzeichnissysteme........................... 345
4.2.3 Pfadnamen.................................................. 346
4.2.4 Operationen auf Verzeichnissen............................. 348
4.3 Implementierung von Dateisystemen.................................. 350
4.3.1 Layout eines Dateisystems.................................. 350
4.3.2 Implementierung von Dateien. .............................. 351
4.3.3 Implementierung von Verzeichnissen......................... 357
4.3.4 Gemeinsam benutzte Dateien................................. 360
4.3.5 Log-basierte Dateisysteme.................................. 363
Inhaltsverzeichnis
4.3.6 Joumaling-Dateisy steine................................... 365
4.3.7 Virtuelle Dateisysteme..................................... 367
4.4 Dateisystemverwaltung und-Optimierung............................ 371
4.4.1 Plattenspeicherverwaltung.................................. 371
4.4.2 Sicherung von Dateisystemen................................ 379
4.4.3 Konsistenz eines Dateisystems.............................. 385
4.4.4 Performanz eines Dateisystems.............................. 388
4.4.5 Defragmentierung von Plattenspeicher....................... 393
4.5 Beispiele von Dateisystemen........................................ 394
4.5.1 Das MS-DOS-Dateisystem..................................... 395
4.5.2 Das UNIX-V7-Dateisystem.................................... 399
4.5.3 CD-ROM-Dateisy steme....................................... 401
4.6 Forschung zu DateisySternen........................................ 407
Zusammenfassung.................................................... 408
Übungen............................................................ 409
Kapitel 5 Eingabe und Ausgabe 415
5.1 Grundlagen der Ein-/Ausgabehardware................................ 417
5.1.1 Ein-/Ausgabegeräte......................................... 417
5.1.2 Controller................................................. 419
5.1.3 Memory-Mapped-Ein-/Ausgabe................................. 420
5.1.4 Direct Memory Access....................................... 424
5.1.5 Interrupts................................................. 427
5.2 Grundlagen der Ein-/Ausgabesoftware................................ 432
5.2.1 Ziele von Ein-/Ausgabesoftware............................. 432
5.2.2 Programmierte Ein-/Ausgabe................................. 434
5.2.3 Interruptgesteuerte Ein-/Ausgabe........................... 435
5.2.4 Ein-/Ausgabe mit DMA....................................... 436
5.3 Schichten der Ein-/Ausgabesoftware................................. 437
5.3.1 Unterbrechungsroutinen..................................... 438
5.3.2 Gerätetreiber.............................................. 439
5.3.3 Geräteunabhängige Ein-/Ausgabesoftware..................... 444
5.3.4 Ein-/Ausgabesoftware im Benutzeradressraum................. 450
5.4 Plattenspeicher.................................................... 452
5.4.1 Hardware von Plattenspeichern.............................. 452
5.4.2 Formatierung von Plattenspeichern.......................... 460 !
5.4.3 Strategien zur Steuerung des Plattenarms................... 464
5.4.4 Fehlerbehandlung........................................... 468
5.4.5 Zuverlässiger Speicher................................... . 471
5.5 Uhren.............................................................. 475 j
5.5.1 Hardwareuhren.............................................. 475 I
5.5.2 Softwareuhren.............................................. 477 |
5.5.3 Soft-Timer................................................. 480
5.6 Benutzungsschnittstellen: Tastatur, Maus, Bildschirm.............. 482 1
5.6.1 Eingabesoftware.......................................... 482
5.6.2 Ausgabesoftware............................................ 488
11
Inhaltsverzeichnis
5.7 Thin Clients..................................................... 506
5.8 Energieverwaltung................................................ 508
5.8.1 Hardwareaspekte........................................... 509
5.8.2 Betriebssystemaspekte..................................... 511
5.8.3 Energie Verwaltung und Anwendungsprogramme................ 517
5.9 Forschung im Bereich Ein-/Ausgabe................................ 518
Zusammenfassung.................................................. 521
Übungen.......................................................... 522
Kapitel 6 Deadlocks 531
6.1 Ressourcen....................................................... 533
6.1.1 Unterbrechbare und nicht unterbrechbare Ressourcen........ 533
6.1.2 Ressourcenanforderung..................................... 534
6.2 Einführung in Deadlocks.......................................... 536
Definition: Deadlock............................................. 536
6.2.1 Voraussetzungen für Ressourcen-Deadlocks.................. 537
6.2.2 Modellierung von Deadlocks................................ 537
6.3 Der Vogel-Strauß-Algorithmus..................................... 541
6.4 Erkennen und Beheben von Deadlocks............................... 541
6.4.1 Deadlock-Erkennung bei einer Ressource je Typ............. 541
6.4.2 Deadlock-Erkennung bei mehreren Ressourcen je Typ......... 544
6.4.3 Beheben von Deadlocks..................................... 547
6.5 Verhinderung von Deadlocks (Avoidance)........................... 548
6.5.1 Ressourcenspuren.......................................... 549
6.5.2 Sichere und unsichere Zustände............................ 550
6.5.3 Der Bankier-Algorithmus für eine einzelne Ressource....... 551
6.5.4 Der Bankier-Algorithmus für mehrere Ressourcen............ 553
6.6 Vermeidung von Deadlocks (Prevention)............................ 554
6.6.1 Unterlaufen der Bedingung des wechselseitigen Ausschlusses 554
6.6.2 Unterlaufen der Hold-and-Wait-Bedingung................... 555
6.6.3 Unterlaufen der Bedingung der Ununterbrechbarkeit......... 556
6.6.4 Unterlaufen der zyklischen Wartebedingung................. 556
6.7 Weitere Themen zu Deadlocks...................................... 558
6.7.1 Zwei-Phasen-Sperren....................................... 558
6.7.2 Kommunikationsdeadlocks................................... 558
6.7.3 Livelock.................................................. 560
6.7.4 Verhungern................................................ 563
6.8 Forschung zu Deadlocks........................................... 563
Zusammenfassung.................................................. 565
Übungen.......................................................... 566
Kapitel 7 Virtualisierung und die Cloud 573
7.1 Geschichte der Virtualisierung................................... 577
7.2 Anforderungen für die Virtualisierung............................ 578
7.3 Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren.................................... 581
12
Inhaltsverzeichnis
7.4 Techniken für die effiziente Virtualisierung ....................... 582
7.4.1 Das Nichtvirtualisierbare virtualisieren.................... 583
7.4.2 Kosten der Virtualisierung.................................. 586
7.5 Der Hypervisor: ein idealer Mikrokern?.............................. 587
7.6 Speichervirtualisierung............................................. 590
7.7 Ein-/Ausgabe virtualisierung........................................ 595
7.8 Virtual Appliances.................................................. 599
7.9 Virtuelle Maschinen bei Mehrkernprozessoren......................... 600
7.10 Fragen bezüglich der Lizenzierung................................... 601
7.11 Clouds.............................................................. 601
7.11.1 Clouds-as-a-Service......................................... 602
7.11.2 Migration von virtuellen Maschinen.......................... 603
7.11.3 Checkpointing............................................... 604
7.12 Fallstudie: VMware.................................................. 604
7.12.1 Die Anfänge von VMware...................................... 605
7.12.2 VMware Workstation.......................................... 607
7.12.3 Aufgaben bei der Virtualisierungseinführung im x86.......... 608
7.12.4 VMware Workstation: Überblick über die Lösungen............. 609
7.12.5 Die Weiterentwicklung von VMware Workstation................ 619
7.12.6 ESX Server: Typ-1-Hypervisor von VMware..................... 620
7.13 Forschung zu Virtualisierung und der Cloud.......................... 622
Übungen............................................................ 624
Kapitel 8 Multiprozessorsysteme 627
8.1 Multiprozessoren.................................................... 631
8.1.1 Hardware von Multiprozessoren............................... 631
8.1.2 Betriebssystemarten für Multiprozessoren.................... 643
8.1.3 Synchronisation in Multiprozessorsystemen................... 647
8.1.4 Multiprozessor-Scheduling................................... 652
8.2 Multicomputer....................................................... 659
8.2.1 Hardware von Multicomputern................................. 660
8.2.2 Low-Level-Kommunikationssoftware............................ 664
8.2.3 Kommunikationssoftware auf Benutzerebene.................... 668
8.2.4 Entfernter Prozeduraufruf (RPC)............................. 671
8.2.5 Distributed Shared Memory................................... 674
8.2.6 Multicomputer-Scheduling.................................... 679
8.2.7 Lastausgleich............................................... 680
8.3 Verteilte Systeme................................................... 683
8.3.1 Netzwerkhardware............................................ 686
8.3.2 Netzwerkdienste und-protokolle.............................. 689
8.3.3 Dokumentenbasierte Middleware............................... 693
8.3.4 Dateisystembasierte Middleware.............................. 695
8.3.5 Objektbasierte Middleware................................... 700
8.3.6 Koordinationsbasierte Middleware............................ 702
8.4 Forschung zu Multiprozessorsystemen................................ 705
Zusammenfassung.................................................... 707
Übungen............................................................ 708
13
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 9 IT-Sicherheit 715
9.1 Die Sicherheitsumgebung............................................. 719
9.1.1 Bedrohungen................................................. 719
9.1.2 Angreifer................................................... 723
9.2 Betriebssystemsicherheit............................................ 723
9.2.1 Können wir sichere Systeme bauen?........................... 724
9.2.2 Trusted Computing Base.................................... 726
9.3 Zugriff auf Ressourcen steuern...................................... 727
9.3.1 Schutzdomänen............................................... 727
9.3.2 Zugriffskontrolllisten...................................... 730
9.3.3 Capabilities................................................ 733
9.4 Formale Modelle von sicheren Systemen............................... 736
9.4.1 Multilevel-Sicherheit....................................... 738
9.4.2 Verdeckte Kanäle............................................ 741
9.5 Grundlagen der Kryptografie......................................... 746
9.5.1 Symmetrische Kryptografie................................... 747
9.5.2 Public-Key-Kryptografie..................................... 748
9.5.3 Einwegfunktionen............................................ 749
9.5.4 Digitale Signaturen......................................... 750
9.5.5 Trusted Platform Module (TPM)............................... 752
9.6 Authentifizierung................................................... 754
9.6.1 Authentifizierung durch Besitz.............................. 762
9.6.2 Biometrische Authentifizierung.............................. 765
9.7 Ausnutzen von Sicherheitslücken..................................... 768
9.7.1 Pufferüberlaufangriffe...................................... 770
9.7.2 Formatstring-Angriffe....................................... 780
9.7.3 Hängende Zeiger............................................. 783
9.7.4 NULL-Zeiger-Derefenzierungsangriff.......................... 784
9.7.5 Angriffe durch Ganzzahlüberlauf............................. 785
9.7.6 Angriffe durch Kommando-Injektion........................... 786
9.7.7 Time-of-Check-to-Time-of-Use-Angriff........................ 787
9.8 Insider-Angriffe.................................................... 788
9.8.1 Logische Bomben......;................................... 789
9.8.2 Hintertüren................................................. 789
9.8.3 Login-Spoofing.............................................. 790
9.9 Malware............................................................. 791
9.9.1 Trojanische Pferde ......................................... 795
9.9.2 Viren....................................................... 797
9.9.3 Würmer...................................................... 808
9.9.4 Spyware..................................................... 811
9.9.5 Rootkits.................................................... 815
9.10 Abwehrmechanismen................................................... 820
9.10.1 Firewalls................................................... 820
9.10.2 Antiviren- und Anti-Antivirentechniken...................... 823
9.10.3 Codesignierung.............................................. 830
9.10.4 Jailing..................................................... 832
14
Inhaltsverzeichnis
9.10.5 Modellbasierte Angriffserkenrmng.......................... 833
9.10.6 Kapselung von mobilem Code................................ 834
9.10.7 Java-Sicherheit........................................... 839
9.11 Forschung zum Thema IT-Sicherheit ................................ 842
Zusammenfassung................................................... 844
Übungen........................................................... 845
Kapitel 10 Fallstudie 1: Linux 855
10.1 Die Geschichte von UNIX und Linux................................. 857
10.1.1 UNICS..................................................... 857
10.1.2 PDP-11-UNIX............................................... 858
10.1.3 Portable UNIX-Varianten................................... 859
10.1.4 Berkeley-UNIX............................................. 860
10.1.5 Standard-UNIX............................................. 861
10.1.6 MINIX..................................................... 862
10.1.7 Linux..................................................... 864
10.2 Überblick über Linux.............................................. 866
10.2.1 Ziele von Linux........................................... 867
10.2.2 Schnittstellen zu Linux................................... 868
10.2.3 Die Shell................................................. 870
10.2.4 Hilfsprogramme unter Linux................................ 873
10.2.5 Kernstruktur.............................................. 875
10.3 Prozesse in Linux................................................. 878
10.3.1 Grundlegende Konzepte..................................... 878
10.3.2 Systemaufrufe zur Prozess Verwaltung in Linux............. 881
10.3.3 Implementierung von Prozessen und Threads in Linux........ 886
10.3.4 Scheduling in Linux....................................... 893
10.3.5 Starten von Linux......................................... 898
10.4 Speicherverwaltung in Linux....................................... 901
10.4.1 Grundlegende Konzepte..................................... 902
10.4.2 Systemauffufe zur Speicherverwaltung in Linux............. 905
10.4.3 Implementierung der Speicherverwaltung in Linux........... 906
10.4.4 Paging in Linux........................................... 913
10.5 Ein-/Ausgabe in Linux............................................. 917
10.5.1 Grundlegende Konzepte..................................... 917
10.5.2 Netzwerkimplementierung................................... 919
10.5.3 Systemaufmfe zur Ein-/Ausgabe in Linux.................... 920
10.5.4 Implementierung der Ein-/Ausgabe in Linux................. 921
10.5.5 Linux-Kemmodule......................................... 925
10.6 Das Linux-Dateisystem............................................. 926
10.6.1 Grundlegende Konzepte..................................... 926
10.6.2 Systemaufrufe zur Datei Verwaltung in Linux............... 931
10.6.3 Implementierung des Linux-Dateisystems.................... 935
10.6.4 NFS - das Netzwerkdateisystem............................. 945
15
Inhaltsverzeichnis
10.7 Sicherheit in Linux................................................ 952
10.7.1 Grundlegende Konzepte.......................................... 952
10.7.2 System au frufe zu Sicherheitsfunktionen in Linux.............. 954
10.7.3 Implementierung von Sicherheitsfunktionen in Linux............. 955
10.8 Android................................................................ 956
10.8.1 Android und Google............................................. 957
10.8.2 Geschichte von Android......................................... 958
10.8.3 Entwurfsziele.................................................. 962
10.8.4 Architektur von Android........................................ 963
10.8.5 Linux-Erweiterungen............................................ 965
10.8.6 Dalvik......................................................... 969
10.8.7 Interprozesskommunikation mit Binder......................... 971
10.8.8 Android-Anwendungen............................................ 980
10.8.9 Intents........................................................ 992
10.8.10 Sandboxen in Anwendungen....................................... 994
10.8.11 Sicherheit..................................................... 995
10.8.12 Prozessmodell................................................. 1001
Zusammenfassung....................................................... 1007
Übungen............................................................... 1009
Kapitel 11 Fallstudie 2: Windows 8 1017
11.1 Die Geschichte von Windows bis Windows 8.1............................ 1018
11.1.1 Die 1980er: MS-DOS............................................ 1019
11.1.2 Die 1990er: MS-DOS-basiertes Windows.......................... 1020
11.1.3 Die 2000er: NT-basiertes Windows.............................. 1020
11.1.4 Windows Vista................................................. 1023
11.1.5 Die 2010er: Modern Windows.................................... 1025
11.2 Programmierung von Windows............................................ 1026
11.2.1 Die native NT-Programmierschnittstelle........................ 1030
11.2.2 Die Win32-Programmierschnittstelle............................ 1034
11.2.3 Die Windows-Registrierungsdatenbank........................... 1039
11.3 Systemstruktur........................................................ 1042
11.3.1 Betriebssystemstruktür........................................ 1042
11.3.2 Starten von Windows........................................... 1060
11.3.3 Implementierung des Objekt-Managers........................... 1062
11.3.4 Subsysteme, DLLs und Dienste im Benutzermodus................. 1074
11.4 Prozesse und Threads in Windows....................................... 1077
11.4.1 Grundlegende Konzepte......................................... 1077
11.4.2 API-Aufrufe zur Job-, Prozess-, Thread- und Fiber Verwaltung . 1084
11.4.3 Implementierung von Prozessen und Threads..................... 1091
11.5 Speicherverwaltung.................................................... 1099
11.5.1 Grundlegende Konzepte......................................... 1099
11.5.2 Systemaufrufe zur Speicherverwaltung.......................... 1104
11.5.3 Implementierung der Speicherverwaltung........................ 1105
11.6 Caching in Windows.................................................... 1116
16
Inhaltsverzeichnis
11.7 Ein-/Ausgabe in Windows . .......................................... 1118
11.7.1 Grundlegende Konzepte........................................ 1118
11.7.2 API-Aufrufe für die Ein-/Ausgabe............................. 1120
11.7.3 Implementierung der Ein-/Ausgabe............................. 1123
11.8 Das Windows-NT-Dateisystem.......................................... 1128
11.8.1 Grundlegende Konzepte........................................ 1128
11.8.2 Implementierung des NT-Dateisystems.......................... 1129
11.9 Energieverwaltung in Windows........................................ 1141
11.10 IT-Sicherheit in Windows 8.......................................... 1143
11.10.1 Grundlegende Konzepte....................................... 1144
11.10.2 API-Aufrufe zu Sicherheitsfunktionen........................ 1147
11.10.3 Implementierung von Sicherheitsfunktionen................... 1148
11.10.4 Mitigation in der IT-Sicherheit............................. 1150
Zusammenfassung..................................................... 1154
Übungen............................................................. 1156
Kapitel 12 Entwurf von Betriebssystemen 1161
12.1 Das Problem des Entwurfs............................................ 1163
12.1.1 Ziele........................................................ 1163
12.1.2 Warum ist es schwierig, ein Betriebssystem zu entwerfen? .... 1164
12.2 Schnittstellenentwurf............................................... 1166
12.2.1 Leitlinien................................................... 1167
12.2.2 Paradigmen................................................... 1169
12.2.3 Die Systemaufrufschnittstelle................................ 1173
12.3 Implementierung..................................................... 1176
12.3.1 Systemstruktur............................................... 1176
12.3.2 Mechanismus versus Strategie................................. 1181
12.3.3 Orthogonalität............................................... 1182
12.3.4 Namensräume.................................................. 1183
12.3.5 Zeitpunkt des Bindens........................................ 1185
12.3.6 Statische versus dynamische Strukturen....................... 1186
12.3.7 Top-down- versus Bottom-up-Implementierung................... 1187
12.3.8 Synchrone versus asynchrone Kommunikation.................... 1188
12.3.9 Nützliche Techniken.......................................... 1190
12.4 Performanz.......................................................... 1196
12.4.1 Warum sind Betriebssysteme langsam?.......................... 1196
12.4.2 Was sollte verbessert werden?................................ 1197
12.4.3 Der Zielkonflikt zwischen Laufzeit und Speicherplatz......... 1198
12.4.4 Caching...................................................... 1201
12.4.5 Hints........................................................ 1202
12.4.6 Ausnutzen der Lokalität...................................... 1203
12.4.7 Optimieren des Normalfalls................................... 1203
17
Inhaltsverzeichnis
12.5 Projektverwaltung.................................................. 1204
12.5.1 Der Mythos vom Mann-Monat.................................. 1204
12.5.2 Teamstruktur............................................... 1206
12.5.3 Die Bedeutung der Erfahrung................................ 1208
12.5.4 No Silver Bullet........................................... 1209
12.6 Trends beim Entwurf von Betriebssystemen........................... 1210
12.6.1 Virtualisierung und die Cloud.............................. 1210
12.6.2 Vielkern-Prozessoren....................................... 1210
12.6.3 Betriebssysteme mit großem Adressraum...................... 1211
12.6.4 Nahtloser Datenzugriff..................................... 1212
12.6.5 Batteriebetriebene Computer................................ 1213
12.6.6 Eingebettete Systeme....................................... 1214
Zusammenfassung.................................................... 1215
Übungen............................................................ 1216
Kapitel 13 Bibliografie 1221
13.1 Empfehlungen für weiterführende Literatur.......................... 1222
13.1.1 Einführung................................................. 1222
13.1.2 Prozesse und Threads....................................... 1223
13.1.3 Speicherverwaltung......................................... 1224
13.1.4 Dateisysteme............................................... 1224
13.1.5 Ein-und Ausgabe............................................ 1225
13.1.6 Deadlocks.................................................. 1225
13.1.7 Virtualisierung und die Cloud.............................. 1226
13.1.8 Multiprozessorsysteme...................................... 1227
13.1.9 IT-Sicherheit.............................................. 1228
13.1.10 Fallstudie 1: UNIX, Linux und Android...................... 1230
13.1.11 Fallstudie 2: Windows 8.................................... 1230
13.1.12 Betriebssystementwurf...................................... 1231
13.2 Alphabetische Literaturliste....................................... 1232
Namensregister , 1265
Register 1267
18
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Inhaltsverzeichnis
Paper/Kapitel scannen lassen
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Teilbibliothek Stammgelände, Lehrbuchsammlung
| Signatur: |
0003 DAT 434f 2007 L 245(4)
Lageplan |
|---|---|
| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 2 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 3 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 4 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 5 | Ausleihbar Am Standort |
Teilbibliothek Stammgelände
| Signatur: |
0004 DAT 434f 2007 A 3378(4)
Lageplan |
|---|---|
| Exemplar 1 | Nicht ausleihbar Am Standort |
Teilbibliothek Mathematik & Informatik
| Signatur: |
0104 DAT 434f 2001 A 9722(4)
Lageplan |
|---|---|
| Exemplar 1 | Nicht ausleihbar Am Standort |
Teilbibliothek Chemie, Lehrbuchsammlung
| Signatur: |
0303 DAT 434f 2006 L 1009(4)
Lageplan |
|---|---|
| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 2 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 3 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 4 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 5 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 6 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 7 | Ausleihbar Ausgeliehen – Rückgabe bis: 27.03.2025 |
| Exemplar 8 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 9 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 10 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 11 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 12 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 13 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 14 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 15 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 16 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 17 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 18 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 19 | Ausleihbar Am Standort |
| Exemplar 20 | Ausleihbar Unterwegs |
| Exemplar 21 | Ausleihbar Am Standort |