Kapitel Sparsamkeit gekürzt
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\subsection{Speichereffizienz}
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\begin{itemize*}
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\item
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... heißt: Auslastung des verfügbaren Speichers
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\item ... heißt: Auslastung des verfügbaren Speichers
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\item oft implizit: Hauptspeicherauslastung (memoryfootprint)
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||||
\item für kleine/mobile Systeme: Hintergrundspeicherauslastung
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||||
\item Maße zur Konkretisierung:
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\begin{itemize*}
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\item oft implizit: Hauptspeicherauslastung (memoryfootprint)
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||||
\item besonders für kleine/mobile Systeme: Hintergrundspeicherauslastung
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\end{itemize*}
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\item
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||||
Maße zur Konkretisierung:
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\begin{itemize*}
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\item zeitliche Dimension: Maximum vs. Summe genutzten Speichers?
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\item zeitlich: Maximum vs. Summe genutzten Speichers?
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\item physischer Speicherverwaltung? $\rightarrow$ Belegungsanteil pAR
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\item virtuelle Speicherverwaltung? $\rightarrow$ Belegungsanteil vAR
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\end{itemize*}
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\item
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Konsequenzen für Ressourcenverwaltung durch BS:
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\item Konsequenzen für Ressourcenverwaltung durch BS
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\begin{itemize*}
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\item Taskverwaltung (Accounting, Multiplexing, Fairness, ...)
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\item Programmiermodell, API (besonders: dynamische Speicherreservierung)
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||||
\item Sinnfrage und ggf. Strategien virtueller Speicherverwaltung (VMM)
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\item Programmiermodell, API (dynamische Speicherreservierung)
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||||
\item Sinnfrage und Strategien virtueller Speicherverwaltung (VMM)
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\end{itemize*}
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\item
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Konsequenzen für Betriebssystem selbst:
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||||
\item Konsequenzen für Betriebssystem selbst
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\begin{itemize*}
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\item minimaler Speicherbedarfdurch Kernel
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\item minimale Speicherverwaltungskosten (durch obige Aufgaben)
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\item minimaler Speicherbedarf durch Kernel
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\item minimale Speicherverwaltungskosten (obiger Aufgaben)
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\end{itemize*}
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\end{itemize*}
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\subsubsection{Hauptspeicherauslastung}
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\begin{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-speicherverwaltung.png}
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\end{itemize*}
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||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-speicherverwaltung.png}
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||||
Problem: externe Fragmentierung
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\begin{itemize*}
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\item
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||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-externe-fragmentierung.png}
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||||
\item
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||||
Lösungen:
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-externe-fragmentierung.png}
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||||
\item Lösungen
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\begin{itemize*}
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\item First Fit, Best Fit, WorstFit, Buddy
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\item Relokation
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\end{itemize*}
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\item
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||||
Kompromissloser Weg: kein Multitasking!
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||||
\item Kompromissloser Weg: kein Multitasking
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\end{itemize*}
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||||
Problem: interne Fragmentierung
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||||
\begin{itemize*}
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\item
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||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-interne-fragmentierung.png}
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||||
\item
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||||
Lösung:
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||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-interne-fragmentierung.png}
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||||
\item Lösung
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\begin{itemize*}
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||||
\item Seitenrahmengröße verringern
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||||
\item Tradeoff: dichter belegte vAR $\rightarrow$ größere Datenstrukturen für Seitentabellen!
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||||
\item Tradeoff: dichter belegte vAR $\rightarrow$ größere Datenstrukturen für Seitentabellen
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||||
\end{itemize*}
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||||
\item
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||||
direkter Einfluss des Betriebssystems auf Hauptspeicherbelegung:
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||||
\item direkter Einfluss des Betriebssystems auf Hauptspeicherbelegung
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\begin{itemize*}
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||||
\item $\rightarrow$ Speicherbedarf des Kernels
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||||
\item statische(Minimal-) Größe des Kernels (Anweisungen + Daten)
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||||
\item dynamischeSpeicherreservierung durch Kernel
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||||
\item bei Makrokernel: Speicherbedarf von Gerätecontrollern (Treibern)!
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||||
\item statische (min) Größe des Kernels (Anweisungen+Daten)
|
||||
\item dynamische Speicherreservierung durch Kernel
|
||||
\item bei Makrokernel: Speicherbedarf von Gerätecontrollern
|
||||
\end{itemize*}
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||||
\end{itemize*}
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||||
weitere Einflussfaktoren: Speicherverwaltungskosten
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\begin{itemize*}
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||||
\item
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||||
VMM: Seitentabellengröße $\rightarrow$ Mehrstufigkeit
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||||
\item
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||||
Metainformationen über laufende Programme: Größe von
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||||
Taskkontrollblöcken( Prozess-/Threaddeskriptoren ...)
|
||||
\item
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||||
dynamische Speicherreservierung durch Tasks
|
||||
\item VMM: Seitentabellengröße $\rightarrow$ Mehrstufigkeit
|
||||
\item Metainformationen über laufende Programme: Größe von Taskkontrollblöcken (Prozess-/Threaddeskriptoren ...)
|
||||
\item dynamische Speicherreservierung durch Tasks
|
||||
\end{itemize*}
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\subparagraph{Beispiel 1: sparsam}
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Prozesskontrollblock (PCB, Metadatenstruktur des Prozessdeskriptors)
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eines kleinen Echtzeit-Kernels (,,DICK''):
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||||
%\begin{Shaded}
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||||
%\begin{Highlighting}[]
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||||
%\CommentTok{// Process Control Block (PCB)}
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||||
%\KeywordTok{struct}\NormalTok{ pcb \{}
|
||||
% \DataTypeTok{char}\NormalTok{ name[MAXLEN +}\DecValTok{1}\NormalTok{]; }\CommentTok{// process name}
|
||||
%\NormalTok{ proc (*addr)(); }\CommentTok{// first instruction}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ type; }\CommentTok{// process type}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ state; }\CommentTok{// process state}
|
||||
% \DataTypeTok{long}\NormalTok{ dline; }\CommentTok{// absolute deadline}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ period; }\CommentTok{// period}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ prt; }\CommentTok{// priority}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ wcet; }\CommentTok{// worst{-}case execution time}
|
||||
% \DataTypeTok{float}\NormalTok{ util; }\CommentTok{// processor utilization}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ *context;}
|
||||
%\NormalTok{ proc next;}
|
||||
%\NormalTok{ proc prev;}
|
||||
%\NormalTok{\};}
|
||||
%\end{Highlighting}
|
||||
%\end{Shaded}
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||||
\subparagraph{Beispiel 2: eher nicht sparsam}
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Linux Prozesskontrollblock (taskstruct):
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%\begin{Shaded}
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||||
%\begin{Highlighting}[]
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||||
%\KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_struct \{}
|
||||
% \AttributeTok{volatile} \DataTypeTok{long}\NormalTok{ state; }\CommentTok{/* {-} 1 unrunnable, 0 runnable, \textgreater{}0 stopped */}
|
||||
% \DataTypeTok{void}\NormalTok{ *stack;}
|
||||
% \DataTypeTok{atomic_t}\NormalTok{ usage;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ flags; }\CommentTok{/* per process flags, defined below */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ ptrace;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_SMP}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ llist_node wake_entry;}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ on_cpu;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ on_rq;}
|
||||
%\CommentTok{// SCHEDULING INFORMATION}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ prio, static_prio, normal_prio;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ rt_priority;}
|
||||
% \AttributeTok{const} \KeywordTok{struct}\NormalTok{ sched_class *sched_class;}
|
||||
%\CommentTok{// Scheduling Entity}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ sched_entity se;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ sched_rt_entity rt;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_group *sched_task_group;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_PREEMPT_NOTIFIERS}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ hlist_head preempt_notifiers; }\CommentTok{/* list of struct preempt_notifier */}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{char}\NormalTok{ fpu_counter;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_BLK_DEV_IO_TRACE}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ btrace_seq;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ policy;}
|
||||
% \DataTypeTok{cpumask_t}\NormalTok{ cpus_allowed;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ rcu_read_lock_nesting;}
|
||||
% \DataTypeTok{char}\NormalTok{ rcu_read_unlock_special;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head rcu_node_entry;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ rcu_node *rcu_blocked_node;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif }\CommentTok{/* \#ifdef CONFIG_TREE_PREEMPT_RCU */}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_RCU_BOOST}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ rt_mutex *rcu_boost_mutex;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif }\CommentTok{/* \#ifdef CONFIG_RCU_BOOST */}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#if defined(CONFIG_SCHEDSTATS) || defined(CONFIG_TASK_DELAY_ACCT)}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ sched_info sched_info;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head tasks;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_SMP}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ plist_node pushable_tasks;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
%\CommentTok{// virtual address space reference}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ mm_struct *mm, *active_mm;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_COMPAT_BRK}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ brk_randomized:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#if defined(SPLIT_RSS_COUNTING)}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_rss_stat rss_stat;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
%\CommentTok{/* task state */}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ exit_state;}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ exit_code, exit_signal;}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ pdeath_signal; }\CommentTok{/* The signal sent when the parent dies */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ jobctl; }\CommentTok{/* JOBCTL_*, siglock protected */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{int}\NormalTok{ personality;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ did_exec:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ in_execve:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}\CommentTok{/* Tell the LSMs that the process is doing an * execve */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ in_iowait:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}
|
||||
%\CommentTok{/* Revert to default priority/policy when forking */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ sched_reset_on_fork:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ sched_contributes_to_load:}\DecValTok{1}\NormalTok{;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS}
|
||||
%\CommentTok{/* IRQ handler threads */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned}\NormalTok{ irq_thread;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
% \DataTypeTok{pid_t}\NormalTok{ pid;}
|
||||
% \DataTypeTok{pid_t}\NormalTok{ tgid;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR}
|
||||
%\CommentTok{/* Canary value for the {-}fstack{-}protector gcc feature */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{long}\NormalTok{ stack_canary;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#endif}
|
||||
%\CommentTok{// Relatives}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_struct __rcu *real_parent; }\CommentTok{/* real parent process */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_struct __rcu *parent; }\CommentTok{/* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */}
|
||||
%\CommentTok{/* children/sibling forms the list of my natural children */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head children; }\CommentTok{/* list of my children */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head sibling; }\CommentTok{/* linkage in my parent\textquotesingle{}s children list */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ task_struct *group_leader; }\CommentTok{/* threadgroup leader */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head ptraced;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head ptrace_entry;}
|
||||
%\CommentTok{/* PID/PID hash table linkage. */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ pid_link pids[PIDTYPE_MAX];}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head thread_group;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ completion *vfork_done; }\CommentTok{/* for vfork() */}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ __user *set_child_tid;}
|
||||
%\NormalTok{...}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{long}\NormalTok{ timer_slack_ns;}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{long}\NormalTok{ default_timer_slack_ns;}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ list_head *scm_work_list;}
|
||||
%\PreprocessorTok{\#ifdef CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER}
|
||||
%\CommentTok{/* Index of current stored address in ret_stack */}
|
||||
% \DataTypeTok{int}\NormalTok{ curr_ret_stack;}
|
||||
%\CommentTok{/* Stack of return addresses for return function tracing */}
|
||||
% \KeywordTok{struct}\NormalTok{ ftrace_ret_stack *ret_stack;}
|
||||
%\CommentTok{/* time stamp for last schedule */}
|
||||
% \DataTypeTok{unsigned} \DataTypeTok{long} \DataTypeTok{long}\NormalTok{ ftrace_timestamp;}
|
||||
%\NormalTok{...}
|
||||
%\end{Highlighting}
|
||||
%\end{Shaded}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Hintergrundspeicherauslastung}
|
||||
|
||||
Einflussfaktoren des Betriebssystems:
|
||||
|
||||
Einflussfaktoren des Betriebssystems
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
statische Größe des Kernel-Images, welches beim Bootstrapping gelesen
|
||||
wird
|
||||
\item
|
||||
statische Größe von Programm-Images (Standards wie ELF)
|
||||
\item
|
||||
statisches vs. dynamisches Einbinden von Bibliotheken: Größe von
|
||||
Programmdateien
|
||||
\item
|
||||
VMM: Größe des Auslagerungsbereichs (inkl. Teilen der Seitentabelle!)
|
||||
für Anwendungen
|
||||
\item
|
||||
Modularisierung (zur Kompilierzeit) des Kernels: gezielte Anpassung an
|
||||
Einsatzdomäne möglich
|
||||
\item
|
||||
Adaptivität (zur Kompilier-und Laufzeit) des Kernels: gezielte
|
||||
Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen möglich
|
||||
( $\rightarrow$ Cassini-Huygens-Mission)
|
||||
\item statische Größe des Kernel-Images, beim Bootstrapping gelesen
|
||||
\item statische Größe von Programm-Images (Standards wie ELF)
|
||||
\item statisches vs. dynamisches Einbinden von Bibliotheken
|
||||
\item VMM: Größe des Auslagerungsbereichs (inkl. Teilen der Seitentabelle) für Anwendungen
|
||||
\item Modularisierung (zur Kompilierzeit) des Kernels: gezielte Anpassung an Einsatzdomäne möglich
|
||||
\item Adaptivität (zur Kompilier-und Laufzeit) des Kernels: gezielte Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen möglich
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Architekturentscheidungen}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
bisher betrachtete Mechanismen: allgemein für alle BS gültig
|
||||
\item
|
||||
... typische Einsatzgebiete sparsamer BS: eingebettete Systeme
|
||||
\item
|
||||
eingebettetes System: (nach [Manl94] )
|
||||
\item typische Einsatzgebiete sparsamer BS: eingebettete Systeme
|
||||
\item eingebettetes System
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Computersystem, das in ein größeres technisches System, welches nicht zur Datenverarbeitung dient,physisch eingebunden ist.
|
||||
\item Wesentlicher Bestandteil dieses größeren Systems hinsichtlich seiner Entwicklung, technischer Ausstattung sowie seines Betriebs.
|
||||
\item Liefert Ausgaben in Form von (menschenlesbaren)Informationen, (maschinenlesbaren)Daten zur Weiterverarbeitung und Steuersignalen.
|
||||
\item Computersystem, das in ein größeres technisches System, welches nicht zur Datenverarbeitung dient, physisch eingebunden ist
|
||||
\item Wesentlicher Bestandteil dieses größeren Systems
|
||||
\item Liefert Ausgaben in Form von Informationen/Daten
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
BS für eingebettete Systeme: spezielle, anwendungsspezifische
|
||||
Ausprägung der Aufgaben eines ,,klassischen'' Universal-BS
|
||||
\item spezielle, anwendungsspezifische Ausprägung der Aufgaben
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item reduzierter Umfang von HW-Abstraktion, generell: hardwarenähere Ablaufumgebung
|
||||
\item begrenzte (extrem: gar keine) Notwendigkeit von HW-Multiplexing \& -Schutz
|
||||
\item reduzierter Umfang von HW-Abstraktion, hardwarenähere Ablaufumgebung
|
||||
\item begrenzte Notwendigkeit von HW-Multiplexing \& Schutz
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
daher eng verwandte NFE: Adaptivitätvon sparsamen BS
|
||||
\item
|
||||
sparsame Betriebssysteme:
|
||||
\item eng verwandte NFE: Adaptivität von sparsamen BS
|
||||
\item sparsame Betriebssysteme:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item energieeffizient \textasciitilde{} geringe Architekturanforderungen an energieintensive Hardware (besonders CPU, MMU, Netzwerk)
|
||||
\item speichereffizient \textasciitilde{} Auskommen mit kleinen Datenstrukturen (memory footprint)
|
||||
\item energieeffizient: geringe Architekturanforderungen an energieintensive Hardware
|
||||
\item speichereffizient: Auskommen mit kleinen Datenstrukturen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Konsequenz: geringe logische Komplexität des Betriebssystemkerns
|
||||
\item
|
||||
sekundär: Adaptivität des Betriebssystemkerns
|
||||
\item Konsequenz: geringe logische Komplexität des Betriebssystemkerns
|
||||
\item sekundär: Adaptivität des Betriebssystemkerns
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Makrokernel (monolithischer
|
||||
Kernel)}
|
||||
|
||||
\subsubsection{Makrokernel (monolithischer Kernel)}
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-makrokernel.png}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
User Space:
|
||||
\item User Space:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Anwendungstasks
|
||||
\item CPU im unprivilegiertenModus (Unix ,,Ringe'' 1...3)
|
||||
\item Isolation von Tasks durch Programmiermodell(z.B. Namespaces) oder VMM(private vAR)
|
||||
\item CPU im unprivilegierten Modus (Unix ,,Ringe'' 1...3)
|
||||
\item Isolation von Tasks durch Programmiermodell/VMM
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Kernel Space:
|
||||
\item Kernel Space:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Kernelund Gerätecontroller (Treiber)
|
||||
\item Kernel und Gerätecontroller (Treiber)
|
||||
\item CPU im privilegierten Modus (Unix ,,Ring'' 0)
|
||||
\item keine Isolation (VMM: Kernel wird in alle vAR eingeblendet)
|
||||
\item keine Isolation
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Vergleich
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item[\cmark] vglw. geringe Kosten von Kernelcode (Energie, Speicher)
|
||||
\item[\cmark] VMM nicht zwingend erforderlich
|
||||
\item[\cmark] Multitasking nicht zwingend erforderlich
|
||||
\item[\xmark] Kernel (inkl. Treibern) jederzeit im Speicher
|
||||
\item[\xmark] Robustheit, Sicherheit, Adaptivität
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Mikrokernel}
|
||||
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mikrokernel.png}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
User Space:
|
||||
\item User Space:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Anwendungstasks, Kernel-und Treiber tasks ( Serverprozesse, grau)
|
||||
\item CPU im unprivilegiertenModus
|
||||
\item Anwendungstasks, Kernel- und Treibertasks
|
||||
\item CPU im unprivilegierten Modus
|
||||
\item Isolation von Tasks durch VMM
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Kernel Space:
|
||||
\item Kernel Space:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item funktional minimaler Kernel($\mu$Kernel)
|
||||
\item funktional minimaler Kernel ($\mu$Kernel)
|
||||
\item CPU im privilegierten Modus
|
||||
\item keine Isolation (Kernel wird in alle vAR eingeblendet)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Architekturkonzepte im
|
||||
Vergleich}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Makrokernel:
|
||||
\item Vergleich
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item \cmark vglw. geringe Kosten von Kernelcode (Energie, Speicher)
|
||||
\item \cmark VMM nicht zwingend erforderlich
|
||||
\item \cmark Multitasking ( $\rightarrow$ Prozessmanagement!)nicht zwingend erforderlich
|
||||
\item \xmark Kernel (inkl. Treibern) jederzeit im Speicher
|
||||
\item \xmark Robustheit, Sicherheit, Adaptivität
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Mikrokernel:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item \cmark Robustheit, Sicherheit, Adaptivität
|
||||
\item \cmark Kernelspeicherbedarf gering, Serverprozesse nur wenn benötigt ( $\rightarrow$ Adaptivität)
|
||||
\item \xmark hohe IPC-Kosten von Serverprozessen
|
||||
\item \xmark Kontextwechselkosten von Serverprozessen
|
||||
\item \xmark VMM, Multitasking i.d.R. erforderlich
|
||||
\item[\cmark] Robustheit, Sicherheit, Adaptivität
|
||||
\item[\cmark] Kernelspeicherbedarf gering, Serverprozesse nur wenn benötigt ( $\rightarrow$ Adaptivität)
|
||||
\item[\xmark] hohe IPC-Kosten von Serverprozessen
|
||||
\item[\xmark] Kontextwechselkosten von Serverprozessen
|
||||
\item[\xmark] VMM, Multitasking i.d.R. erforderlich
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Beispiel-Betriebssysteme}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{TinyOS}
|
||||
|
||||
\subsubsection{BS: TinyOS}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Beispiel für sparsame BS im Bereich eingebetteter Systeme
|
||||
\item verbreitete Anwendung: verteilte Sensornetze (WSN)
|
||||
\item ,,TinyOS'' ist ein quelloffenes, BSD-lizenziertes Betriebssystem
|
||||
\item das für drahtlose Geräte mit geringem Stromverbrauch, wie sie in
|
||||
\item für drahtlose Geräte mit geringem Stromverbrauch
|
||||
\item Architektur
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Sensornetzwerke, ( $\rightarrow$ Smart Dust)
|
||||
\item Allgegenwärtiges Computing,
|
||||
\item Personal Area Networks,
|
||||
\item intelligente Gebäude,
|
||||
\item und intelligente Zähler.
|
||||
\item monolithisch (Makrokernel) mit Besonderheiten:
|
||||
\item keine klare Trennung zwischen der Implementierung von Anwendungen und BS (aber von funktionalen Aufgaben)
|
||||
\item[$\rightarrow$] zur Laufzeit: 1 Anwendung + Kernel
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Architektur:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item grundsätzlich: monolithisch (Makrokernel) mit Besonderheiten:
|
||||
\item keine klare Trennung zwischen der Implementierung von Anwendungen und BS (wohl aber von deren funktionalen Aufgaben!)
|
||||
\item $\rightarrow$ zur Laufzeit: 1 Anwendung + Kernel
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Mechanismen:
|
||||
\item Mechanismen:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item kein Multithreading, keine echte Parallelität
|
||||
\item $\rightarrow$ keine Synchronisation zwischen Tasks
|
||||
\item $\rightarrow$ keine Kontextwechsel bei Taskwechsel
|
||||
\item[$\rightarrow$] keine Synchronisation zwischen Tasks
|
||||
\item[$\rightarrow$] keine Kontextwechsel bei Taskwechsel
|
||||
\item Multitasking realisiert durch Programmiermodell
|
||||
\item nicht-präemptives FIFO-Scheduling
|
||||
\item kein Paging $\rightarrow$ keine Seitentabellen, keine MMU
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
in Zahlen:
|
||||
\item in Zahlen:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Kernelgröße: 400 Byte
|
||||
\item Kernelimagegröße: 1 - 4 kByte
|
||||
\item Anwendungsgröße: typisch ca. 15 kB, Datenbankanwendung: 64 kB
|
||||
\item Kernelimagegröße: 1-4 kByte
|
||||
\item Anwendungsgröße: typisch ca. 15 kB, DB: 64 kB
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Programmiermodell:
|
||||
\item Programmiermodell:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item BS und Anwendung werden als Ganzes übersetzt: statische Optimierungen durch Compilermöglich (Laufzeit, Speicherbedarf)
|
||||
\item Nebenläufigkeit durch ereignisbasierte Kommunikation zw. Anwendung und Kernel \begin{itemize*} \item $\rightarrow$ command: API-Aufruf, z.B. EA-Operation (vglb. Systemaufruf) \item $\rightarrow$ event: Reaktion auf diesen durch Anwendung \end{itemize*}
|
||||
\item BS+Anwendung als Ganzes übersetzt: statische Optimierungen durch Compiler (Laufzeit, Speicherbedarf)
|
||||
\item Nebenläufigkeit durch ereignisbasierte Kommunikation zw. Anwendung und Kernel
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item command: API-Aufruf, z.B. EA-Operation
|
||||
\item event: Reaktion auf diesen durch Anwendung
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item sowohl commands als auch events : asynchron
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
Beispieldeklaration:
|
||||
|
||||
%\begin{Shaded}
|
||||
%\begin{Highlighting}[]
|
||||
%\NormalTok{interface Timer \{}
|
||||
%\NormalTok{ command }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ start(}\DataTypeTok{char}\NormalTok{ type, }\DataTypeTok{uint32_t}\NormalTok{ interval);}
|
||||
%\NormalTok{ command }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ stop();}
|
||||
%\NormalTok{ event }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ fired();}
|
||||
%%\NormalTok{\}}
|
||||
%\NormalTok{interface SendMsg \{}
|
||||
%\NormalTok{ command }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ send(}\DataTypeTok{uint16_t}\NormalTok{ address, }\DataTypeTok{uint8_t}\NormalTok{ length, TOS_MsgPtr msg);}
|
||||
%\NormalTok{ event }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ sendDone(TOS_MsgPtr msg, }\DataTypeTok{result_t}\NormalTok{ success);}
|
||||
%\NormalTok{\}}
|
||||
%\end{Highlighting}
|
||||
%\end{Shaded}
|
||||
%\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{RIOT}
|
||||
|
||||
[RIOT-Homepage: http://www.riot-os.org]
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{BS: RIOT}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
ebenfalls sparsames BS,optimiert für anspruchsvollere Anwendungen
|
||||
(breiteres Spektrum)
|
||||
\item
|
||||
,,RIOT ist ein Open-Source-Mikrokernel-basiertes Betriebssystem, das
|
||||
speziell für die Anforderungen von Internet-of-Things-Geräten (IoT)
|
||||
und anderen eingebetteten Geräten entwickelt wurde.''
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Smartdevices,
|
||||
\item intelligentes Zuhause, intelligente Zähler,
|
||||
\item eingebettete Unterhaltungssysteme
|
||||
\item persönliche Gesundheitsgeräte,
|
||||
\item intelligentes Fahren,
|
||||
\item Geräte zur Verfolgung und Überwachung der Logistik.
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Architektur:
|
||||
\item sparsames BS,optimiert für anspruchsvollere Anwendungen
|
||||
\item Open-Source-Mikrokernel-basiertes Betriebssystem für IoT
|
||||
\item Architektur
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item halbwegs: Mikrokernel
|
||||
\item energiesparendeKernelfunktionalität:
|
||||
\item energiesparende Kernelfunktionalität
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item minimale Algorithmenkomplexität
|
||||
\item vereinfachtes Threadkonzept $\rightarrow$ keine Kontextsicherung erforderlich
|
||||
@ -931,55 +676,21 @@
|
||||
\item energiesparende Hardwarezustände vom Scheduler ausgelöst (inaktive CPU)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Mikrokerneldesign unterstützt komplementäre NFE: Adaptivität, Erweiterbarkeit
|
||||
\item Kosten: IPC (hier gering!)
|
||||
\item Kosten: IPC (hier gering)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Mechanismen:
|
||||
\item Mechanismen:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Multithreading-Programmiermodell
|
||||
\item modulare Implementierung von Dateisystemen, Scheduler, Netzwerkstack
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
in Zahlen:
|
||||
\item in Zahlen:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Kernelgröße: 1,5 kByte
|
||||
\item Kernelimagegröße: 5 kByte
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
Implementierung
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
... kann sich jeder mal ansehen (keine spezielle Hardware, beliebige
|
||||
Linux-Distribution, FreeBSD, macOSX mit git ):
|
||||
|
||||
%\begin{Shaded}
|
||||
%\begin{Highlighting}[]
|
||||
%\NormalTok{$ }\FunctionTok{git}\NormalTok{ clone git://github.com/RIOT{-}OS/RIOT.git}
|
||||
%\NormalTok{$ }\BuiltInTok{cd}\NormalTok{ RIOT}
|
||||
%\NormalTok{$ }\BuiltInTok{cd}\NormalTok{ examples/default/}
|
||||
%\NormalTok{$ }\FunctionTok{make}\NormalTok{ all}
|
||||
%\NormalTok{$ }\FunctionTok{make}\NormalTok{ term}
|
||||
%\end{Highlighting}
|
||||
%\end{Shaded}
|
||||
\item
|
||||
startet interaktive Instanz von RIOT als ein Prozess des Host-BS
|
||||
\item
|
||||
Verzeichnis RIOT: Quellenzur Kompilierung des Kernels, mitgelieferte
|
||||
Bibliotheken, Gerätetreiber, Beispielanwendungen; z.B.:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item RIOT/core/include/thread.h: Threadmodell, Threaddeskriptor
|
||||
\item RIOT/core/include/sched.h,
|
||||
\item RIOT/core/sched.c: Implementierung des (einfachen) Schedulers
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
weitere Infos: riot-os.org/api
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Robustheit und
|
||||
Verfügbarkeit}
|
||||
\section{Robustheit und Verfügbarkeit}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Motivation}
|
||||
@ -1069,8 +780,7 @@
|
||||
\item fehlerhafter Zustand ( error ): notwendige Ursacheeines Ausfalls (nicht jeder error muss zu failure führen)
|
||||
\item Fehler ( fault ): Ursache für fehlerhaften Systemzustand ( error ), z.B. Programmierfehler
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-fehler.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-fehler.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -1127,8 +837,7 @@
|
||||
Kernel-Subsystems (z.B. error des Dateisystems)
|
||||
\item
|
||||
$\rightarrow$ Robustheit: Isolationsmechanismen
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-treiber-kernel-fehler.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-treiber-kernel-fehler.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -1200,8 +909,7 @@
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Resultat: schwach strukturierter (monolithischer) Makrokernel
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-makrokernelarchitektur.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-makrokernelarchitektur.png}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item nach [TaWo05], S. 45
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
@ -1343,8 +1051,7 @@
|
||||
Mikrokernel}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-modularer-makrokernel.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-modularer-makrokernel.png}
|
||||
\item
|
||||
minimale Kernelfunktionalität:
|
||||
\item
|
||||
@ -1355,8 +1062,7 @@
|
||||
neues Problem: minimales Mikrokerneldesign
|
||||
\item
|
||||
,,Wir haben 100 Leute gefragt...'': Wie entscheide ich das?
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-modularer-makrokernel-2.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-modularer-makrokernel-2.png}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Ablauf eines Systemaufrufs
|
||||
\item schwarz: unprivilegierteInstruktionen
|
||||
@ -1450,8 +1156,7 @@
|
||||
Mach-Server zur Emulation
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mach-server.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mach-server.png}
|
||||
\item
|
||||
Emulation von UNIX-Systemen mittels Mach-Serverprozessen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
@ -1489,8 +1194,7 @@
|
||||
Architektur
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mach-architektur.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mach-architektur.png}
|
||||
\item
|
||||
Systemaufrufkosten:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
@ -1810,8 +1514,7 @@
|
||||
nach Tod von J. Liedtke (2001) auf Basis von L4 zahlreiche moderne BS
|
||||
\item
|
||||
L4 heute: Spezifikation eines Mikrokernels (nicht Implementierung)
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-l4-family.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-l4-family.png}
|
||||
\item
|
||||
Einige Weiterentwicklungen:
|
||||
\item
|
||||
@ -1927,8 +1630,7 @@
|
||||
Beispiel: Ethernet-Treiberausfall
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-ethernet-treiberausfall.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-ethernet-treiberausfall.png}
|
||||
\item
|
||||
schwarz: ausfallfreie Kommunikation
|
||||
\item
|
||||
@ -1940,8 +1642,7 @@
|
||||
Beispiel: Dateisystem-Serverausfall
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-dateisystem-serverausfall.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-dateisystem-serverausfall.png}
|
||||
\item
|
||||
schwarz: ausfallfreie Kommunikation
|
||||
\item
|
||||
@ -1985,8 +1686,7 @@
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Betriebssystem-Serverprozesse:
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-minix-architektur-bs.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-minix-architektur-bs.png}
|
||||
\item
|
||||
Dateisystem (FS)
|
||||
\item
|
||||
@ -2019,8 +1719,7 @@
|
||||
\item init: Bootstrapping (Initialisierung von rs und anderer BS-Serverprozesse), Fork der Login-Shell (und damit sämtlicher Anwendungsprozesse)
|
||||
\item rs: Fork sämtlicher BS-Serverprozesse, einschließlich Gerätetreiber
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-minix-reincarnation-server.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-minix-reincarnation-server.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
MINIX: Ausprobieren
|
||||
@ -2071,8 +1770,7 @@
|
||||
\item
|
||||
Der Anteil an Laufzeit eines Systems, in dem dieses seine
|
||||
spezifizierte Leistung erbringt.
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-verfügbarkeit-laufzeit.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-verfügbarkeit-laufzeit.png}
|
||||
\item
|
||||
Availability= Total Uptime/ Total Lifetime= MTTF / (MTTF + MTTR)
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
@ -2188,11 +1886,7 @@
|
||||
\end{enumerate*}
|
||||
|
||||
Eine (unvollständige) Taxonomie:
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-sicherheit-taxonomie.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-sicherheit-taxonomie.png}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Sicherheitsziele}
|
||||
@ -3115,8 +2809,7 @@
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Rechte delegation durch Retypisierung(vgl. Unix-SUID!)
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-selinux-retypisierung.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-selinux-retypisierung.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -3187,8 +2880,7 @@
|
||||
\item
|
||||
$\rightarrow$ massiv verringertes
|
||||
Missbrauchspotenzial!
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-passwd-lösung2.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-passwd-lösung2.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -3284,8 +2976,7 @@
|
||||
Daten) einer Task: Enclave Page Cache (EPC)
|
||||
\item
|
||||
Prozessor (und nur dieser) ver-und entschlüsselt EPC-Seiten
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-SGX-enclaves.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-SGX-enclaves.png}
|
||||
\item
|
||||
Enclaves: Erzeugung
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
@ -3844,8 +3535,7 @@
|
||||
Echtzeit-Prozessen}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz.png}
|
||||
\item
|
||||
$a_i$: Ankunftszeitpunkt (arrival time); auch r ... request
|
||||
time/release time
|
||||
@ -3872,8 +3562,7 @@
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Zeitquantum, das Prozessor zur vollständigen Bearbeitung der aktuellen Instanz benötigt (Unterbrechungen nicht eingerechnet)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz2.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz2.png}
|
||||
\item
|
||||
$L_i$: Unpünktlichkeit (lateness): $L_i= f_i - d_i$
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
@ -3885,8 +3574,7 @@
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Zeitbetrag, den ein Prozess noch nach seiner Frist aktiv ist
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz3.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-parameter-instanz3.png}
|
||||
\item
|
||||
$X_i$: Spielraum (Laxity, Slacktime): $X_i = d_i - a_i - C_i$
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
@ -4034,8 +3722,7 @@
|
||||
\item Scheduling-Zeitpunkt: nur einmal zu Beginn (bzw. wenn neuer periodischer Prozess auftritt)
|
||||
\item präemptiver Algorithmus
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-scheduling-rm.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-echtzeit-scheduling-rm.png}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Zuteilung eines Prozessors nach RM
|
||||
\item $t_1, t_2$: Anforderungen von Prozessorzeit durch zwei periodische Prozesse
|
||||
@ -4479,8 +4166,7 @@
|
||||
\item
|
||||
Resultat: Verbesserung der Antwortzeiten für aperiodische
|
||||
Anforderungen
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-slack-stealing.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-slack-stealing.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -4515,8 +4201,7 @@
|
||||
Prioritätsumkehr}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-prioritätsumkehr-ursache.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-prioritätsumkehr-ursache.png}
|
||||
\item
|
||||
Prioritätsumkehr bei Blockierung an nichtentziehbarem, exklusivem
|
||||
Betriebsmittel
|
||||
@ -4531,8 +4216,7 @@
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item
|
||||
Kritisch bei zusätzlichen Prozessen mittlerer Priorität
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-prioritätsumkehr-folgen.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-prioritätsumkehr-folgen.png}
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\item
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Lösung: Priority Inheritance Protocol (PIP)
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\end{itemize*}
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@ -4646,8 +4330,7 @@
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\item Bearbeitungszeitbedarf eines Prozesses zerlegt in \begin{enumerate*} \item obligatorischer Teil (Pflichtteil, $C_{ob}$): muss unbedingt u. immer ausgeführt werden $\rightarrow$ liefert bedingt akzeptables Ergebnis \item optionaler Teil $(C_{opt})$: nur bei ausreichender Prozessorkapazität ausgeführt $\rightarrow$ verbessert durch obligatorischen Teil erzieltes Ergebnis \end{enumerate*}
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\item Prinzip in unterschiedlicher Weise verfeinerbar
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\end{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-obligatorisch-optionaler-prozessanteil.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-obligatorisch-optionaler-prozessanteil.png}
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\end{itemize*}
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@ -4851,8 +4534,7 @@
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\item
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Empfänger (nach min. einem geschriebenen Element) niemals durch leeren
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Puffer blockiert
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-sonderfall-1.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-sonderfall-1.png}
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\end{itemize*}
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Sonderfall 2: Sender schneller als Empfänger
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@ -4868,8 +4550,7 @@
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\item
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$\rightarrow$ Szenarien, in denen Empfänger sowieso
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nur an aktuellsten Daten interessiert (z.B. Sensorwerte)
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-sonderfall-2.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-sonderfall-2.png}
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\end{itemize*}
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Konkurrierende Zugriffe:
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@ -4883,8 +4564,7 @@
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\item
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schnellerer Sender überspringtein gesperrtes Element durch erneutes
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Inkrementieren von LRW , muss MRW trotzdem nachziehen
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-konkurrierende-zugriffe.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-cab-konkurrierende-zugriffe.png}
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\end{itemize*}
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@ -5002,8 +4682,7 @@
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\item Anwendungen: AE-und AF-Steuerung/-Automatik, GUI, Bildbearbeitung, RAW-Konverter, ...
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\item POSIX-kompatible Prozessverwaltung
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\end{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-dryos.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-dryos.png}
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\end{itemize*}
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DROPS (Dresden Real-Time Operating System)
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@ -5013,8 +4692,7 @@
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Entwickler: TU Dresden, Lehrstuhl Betriebssysteme
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\item
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Eckdaten: Multi-Server-Architektur auf Basis eines L4-Mikrokerns
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-drops.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-drops.png}
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\end{itemize*}
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@ -5331,8 +5009,7 @@
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\item Aegis: Proof-of-Concept
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\item XOK: Proof-of-Feasibility (Performanz)
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\end{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-exos.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-exos.png}
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\end{itemize*}
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Zwischenfazit: Exokernelarchitektur
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@ -5421,8 +5098,7 @@
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\subsubsection{Typ-1 - Hypervisor}
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\begin{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-virtualisierung-hypervisor-1.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-virtualisierung-hypervisor-1.png}
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\item
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Idee des Typ- 1 - Hypervisors:
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\begin{itemize*}
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@ -5501,10 +5177,7 @@
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Instruktionen auf (z.B. EA-Code)
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\end{enumerate*}
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\begin{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-ohne-hypervisor.png}
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\end{itemize*}
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% \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-ohne-hypervisor.png}
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||||
Privilegierte Instruktionen mit Typ- 1 - Hypervisor(1)
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@ -5531,10 +5204,8 @@
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aus
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\end{enumerate*}
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\begin{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-mit-typ1-hv.png}
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\end{itemize*}
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% \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-mit-typ1-hv.png}
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||||
Sensible und privilegierte Instruktionen: Beobachtungen an verschiedenen
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Maschinenbefehlssätzen: [Popek\&Goldberg74]
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@ -5586,10 +5257,8 @@
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Vergleich: Privilegierte vs. sensible Instruktionen
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\begin{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-priv-vs-sensible.png}
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\end{itemize*}
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% \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-instruction-priv-vs-sensible.png}
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||||
Folgen für Virtualisierung
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@ -6009,16 +5678,13 @@
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\item
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durch Laden der Treiber: entsteht ,,Virtualisierungsschicht''
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(VMware-Sprechweise)
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-host-guest-architecture.png}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-bare-metal.png}
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||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-host-guest-architecture.png}
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||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-bare-metal.png}
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||||
\begin{itemize*}
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\item Typ1- Hypervisor- Architektur
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\item Anwendung nur bei VMware ESXi
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\end{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-paravirtualisierung.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-paravirtualisierung.png}
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\begin{itemize*}
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\item Entsprechende Produkte in Vorbereitung
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\end{itemize*}
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@ -6141,8 +5807,7 @@
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\item Anwendungen: sollen Freiheit haben, Betriebsmittel in für sie geeignetster Weise zu nutzen (= Exokernel-Prinzip)
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\item Realisierung als sog. vertikal strukturiertes Betriebssystem: \begin{itemize*} \item weitaus meiste Betriebssystem-Funktionalität innerhalb der Anwendungen ausgeführt (= Exokernel-Prinzip) \item Echtzeitanforderungen durch Multimedia $\rightarrow$ Vermeidung von Client-Server-Kommunikationsmodell wegen schlecht beherrschbarer zeitlicher Verzögerungen (neu) \end{itemize*}
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\end{enumerate*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-Nemesis-struktur.png}
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||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-Nemesis-struktur.png}
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\end{itemize*}
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MirageOS + Xen
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@ -6213,8 +5878,7 @@
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\item cgroups: Accounting/Beschränkung der Ressourcenzuordnung
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\item union mounting: Funktion zur logischen Reorganisation hierarchischer Dateisysteme
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\end{itemize*}
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\item
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-docker.png}
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%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-docker.png}
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\end{itemize*}
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