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e3f8c4baf4
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@ -1,4 +1,14 @@
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\documentclass[a4pape]{article}
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\usepackage[ngerman]{babel}
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||||
\usepackage{multicol}
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||||
\usepackage{calc}
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||||
\usepackage{ifthen}
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||||
\usepackage[landscape,left=1cm,top=1cm,right=1cm,nohead,nofoot]{geometry}
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||||
\usepackage{amsmath,amsthm,amsfonts,amssymb}
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||||
\usepackage{color,graphicx,overpic}
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||||
\usepackage{listings}
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||||
\usepackage[compact]{titlesec} %less space for headers
|
||||
\usepackage{mdwlist} %less space for lists
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||||
\usepackage[utf8]{inputenc}
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||||
\usepackage{tikz}
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||||
\usepackage{pdflscape}
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||||
@ -6,6 +16,13 @@
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||||
\usetikzlibrary{mindmap}
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||||
\usepackage[hidelinks,pdfencoding=auto]{hyperref}
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||||
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||||
\pdfinfo{
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||||
/Title (Betriebssysteme - Cheatsheet)
|
||||
/Creator (TeX)
|
||||
/Producer (pdfTeX 1.40.0)
|
||||
/Author (Robert Jeutter)
|
||||
/Subject ()
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||||
}
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||||
% Information boxes
|
||||
\newcommand*{\info}[4][16.3]{
|
||||
\node [ annotation, #3, scale=0.65, text width = #1em, inner sep = 2mm ] at (#2) {
|
||||
@ -17,11 +34,368 @@
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
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||||
% This sets page margins to .5 inch if using letter paper, and to 1cm
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||||
% if using A4 paper. (This probably isn't strictly necessary.)
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||||
% If using another size paper, use default 1cm margins.
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||||
\ifthenelse{\lengthtest { \paperwidth = 11in}}
|
||||
{ \geometry{top=.5in,left=.5in,right=.5in,bottom=.5in} }
|
||||
{\ifthenelse{ \lengthtest{ \paperwidth = 297mm}}
|
||||
{\geometry{top=1cm,left=1cm,right=1cm,bottom=1cm} }
|
||||
{\geometry{top=1cm,left=1cm,right=1cm,bottom=1cm} }
|
||||
}
|
||||
|
||||
% Turn off header and footer
|
||||
\pagestyle{empty}
|
||||
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||||
% Redefine section commands to use less space
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||||
\makeatletter
|
||||
\renewcommand{\section}{\@startsection{section}{1}{0mm}%
|
||||
{-1ex plus -.5ex minus -.2ex}%
|
||||
{0.5ex plus .2ex}%x
|
||||
{\normalfont\large\bfseries}}
|
||||
\renewcommand{\subsection}{\@startsection{subsection}{2}{0mm}%
|
||||
{-1explus -.5ex minus -.2ex}%
|
||||
{0.5ex plus .2ex}%
|
||||
{\normalfont\normalsize\bfseries}}
|
||||
\renewcommand{\subsubsection}{\@startsection{subsubsection}{3}{0mm}%
|
||||
{-1ex plus -.5ex minus -.2ex}%
|
||||
{1ex plus .2ex}%
|
||||
{\normalfont\small\bfseries}}
|
||||
\makeatother
|
||||
|
||||
% Define BibTeX command
|
||||
\def\BibTeX{{\rm B\kern-.05em{\sc i\kern-.025em b}\kern-.08em
|
||||
T\kern-.1667em\lower.7ex\hbox{E}\kern-.125emX}}
|
||||
|
||||
% Don't print section numbers
|
||||
\setcounter{secnumdepth}{0}
|
||||
|
||||
|
||||
\setlength{\parindent}{0pt}
|
||||
\setlength{\parskip}{0pt plus 0.5ex}
|
||||
% compress space
|
||||
\setlength\abovedisplayskip{0pt}
|
||||
\setlength{\parskip}{0pt}
|
||||
\setlength{\parsep}{0pt}
|
||||
\setlength{\topskip}{0pt}
|
||||
\setlength{\topsep}{0pt}
|
||||
\setlength{\partopsep}{0pt}
|
||||
\linespread{0.5}
|
||||
\titlespacing{\section}{0pt}{*0}{*0}
|
||||
\titlespacing{\subsection}{0pt}{*0}{*0}
|
||||
\titlespacing{\subsubsection}{0pt}{*0}{*0}
|
||||
|
||||
%My Environments
|
||||
\newtheorem{example}[section]{Example}
|
||||
% -----------------------------------------------------------------------
|
||||
|
||||
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||||
%%%% Predefined Colors: black, blue, brown, cyan, darkgray, gray, green, lightgray, lime, magenta, olive, orange, pink, purple, red, teal, violet, white, yellow.
|
||||
|
||||
\pagestyle{empty}
|
||||
\begin{document}
|
||||
|
||||
|
||||
\raggedright
|
||||
\begin{multicols}{3}\scriptsize
|
||||
% multicol parameters
|
||||
% These lengths are set only within the two main columns
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||||
%\setlength{\columnseprule}{0.25pt}
|
||||
\setlength{\premulticols}{1pt}
|
||||
\setlength{\postmulticols}{1pt}
|
||||
\setlength{\multicolsep}{1pt}
|
||||
\setlength{\columnsep}{2pt}
|
||||
|
||||
\paragraph{Prozesse}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Betriebssystem-Abstraktionen zur Ausführung von Programmen
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||||
\item Eigentümer von Ressourcen
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||||
\item differenzierte Prozessmodelle: definieren konkrete Prozesseigenschaften
|
||||
\end{itemize*}
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||||
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||||
\paragraph{Prozessmanagement}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Komponente eines Betriebssystems, die Prozessmodell dieses Betriebssystems implementiert
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||||
\item wichtige Aufgaben: Prozesserzeugung u. -beendigung (u. Scheduling)
|
||||
\item wichtigste Datenstrukturen: Prozessdeskriptor, Prozessdeskriptortabelle
|
||||
\end{itemize*}
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||||
\paragraph{Prozessdeskriptor (PCB)}
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||||
Buchführung über sämtliche zum Management eines Prozesses notwendigen Informationen
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\begin{itemize*}
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||||
\item Prozessidentifikation
|
||||
\item Rechtemanagement
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||||
\item Speichermanagement
|
||||
\item Prozessormanagement
|
||||
\item Kommunikationsmanagement
|
||||
\end{itemize*}
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||||
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||||
\paragraph{Prozessdeskriptortabelle}
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||||
enthält: Prozessdeskriptoren aller momentan existierenden Prozesse
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||||
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||||
\paragraph{Threads}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Betriebssystem-Abstraktionen für sequentielle, nebenläufige Aktivitäten
|
||||
\item sind Gegenstand des Schedulings
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
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||||
\paragraph{Multithread-Prozessmodell}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item vollständige Beschreibung einer ablaufenden Aktivität
|
||||
\item Dazu gehören insbesondere
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||||
\begin{enumerate*}
|
||||
\item das ablaufende Programm
|
||||
\item zugeordnete Betriebsmittel (Prozessor/Speicher/Kommunikation)
|
||||
\item Rechte
|
||||
\item prozessinterne parallele Aktivitäten (Threads) und deren Bearbeitungszustände
|
||||
\end{enumerate*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Threaddeskriptor (TCB)}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item ein TCB enthält lediglich:
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||||
\begin{enumerate*}
|
||||
\item Threadzustand (aktiv, bereit, blockiert, ...)
|
||||
\item Ablaufkontext, falls nicht aktiv (Programmzähler, Stackpointer, Prozessorregister)
|
||||
\end{enumerate*}
|
||||
\item enthält nicht: Beschreibung der Ressourcen (Speicherlayout, Rechte)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Thread-Typen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Kernel Level Threads (KLTs): Kenntnis über Threads: hat Betriebssystem, genauer: der Betriebssystem-Kern(el)
|
||||
\item User Level Threads (ULTs): Kenntnis über Threads: existiert nur auf Benutzer-Ebene (user level)
|
||||
\item das Betriebssystem [genauer: der Betriebssystem-Kern(el)] weiß nicht, dass Threads existieren
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
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||||
\paragraph{Scheduling: Grundaufgabe}
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||||
Entscheidung: Welche Threads erhalten wann u. wie lange einen Prozessor/Prozessorkern zugeteilt?
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||||
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||||
\paragraph{Zustandsmodelle}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Threads können verschiedene Zustände annehmen (Beispiel 3/5-Zustandsmodell)
|
||||
\item bereit, aktiv, blockiert, frisch, beendet
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\centering{
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||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_Zustandsmodell.png}
|
||||
}
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||||
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||||
\paragraph{Scheduling: Notwendigkeit u. Sinn}
|
||||
\begin{itemize*}
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||||
\item im Allgemeinen: Anzahl der Aktivitäten >> Anzahl der Prozessoren
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||||
\item nicht alle können gleichzeitig arbeiten
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||||
\item eine Auswahl muss getroffen werden
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||||
\item Auswahlstrategie: Schedulingstrategie, ~algorithmus
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||||
\item die Betriebssystemkomponente: Scheduler
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||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Scheduling-Strategien}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item abhängig vom Einsatzfeld eines Betriebssystems
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||||
\begin{itemize*}
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||||
\item Echtzeitsysteme: Einhaltung von Fristen
|
||||
\item interaktive Systeme: Reaktivität
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item wichtige Strategien:
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item FCFS
|
||||
\item SRTN
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||||
\item Round Robin (ohne u. mit Prioritäten)
|
||||
\item EDF
|
||||
\item ratenmonotones Scheduling
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Privilegierungsebenen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item sind typischerweise "kernel mode" und "user mode"
|
||||
\item steuern Rechte ...
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item zur Ausführung privilegierter Prozessorinstruktionen
|
||||
\item zur Konfiguration des Arbeitsspeicherlayouts
|
||||
\item zum Zugriff auf Arbeitsspeicherbereiche
|
||||
\item zum Zugriff auf E/A-Geräte
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item ermöglichen: Durchsetzung von Regeln: "Nur ein im 'kernel mode' ablaufender Prozess hat Zugriff auf ..."
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Kommunikation u. Synchronisation}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Austausch von Daten zwischen Prozessen = Kommunikation (Inter-Prozess-Kommunikation, IPC)
|
||||
\item Abweichende Geschwindigkeiten von Sender und Empfänger: behandelt durch Synchronisation
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{kritischer Abschnitt und wechselseitiger Ausschluss}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item in einem kritischen Abschnitt darf sich stets nur ein Thread aufhalten
|
||||
\item notwendig: wechselseitiger (gegenseitiger) Ausschluss
|
||||
\item realisiert durch Entry- u. Exit-Code [z.B. die Semaphor-Operationen belegen (P) und freigeben (V)]
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Mechanismen zur Synchronisation}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Semaphore (binäre Semaphore u. mehrwertige Semaphore) (ansehen!)
|
||||
\item (Hoar‘sche) Monitore
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Mechanismen zur Kommunikation}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Shared Memory (gemeinsamer Speicher)
|
||||
\item Botschaften
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||||
\item Fernaufrufe
|
||||
\item Systemaufrufe
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Notwendigkeit des Ereignismanagement}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item in Betriebssystemen laufen sehr viele Aktivitäten parallel ab
|
||||
\item dabei entstehen immer wieder Situationen, in denen auf unterschiedlichste Ereignisse reagiert werden muss, z.B.
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Timerablauf
|
||||
\item Benutzereingaben (Maus, Tastatur)
|
||||
\item Eintreffen von Daten von Netzwerken, Festplatten, ...
|
||||
\item Einlegen/stecken von Datenträgern
|
||||
\item Aufruf von Systemdiensten
|
||||
\item Fehlersituationen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Umgangsformen mit Ereignissen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item "busy waiting"
|
||||
\item "periodic testing"
|
||||
\item Unterbrechungen ("Interrupts")
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Programmiermodelle zum Umgang mit Interrupts}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Prozeduren (→ inline Prozeduraufrufmodell)
|
||||
\item IPC-Operationen (→ IPC-Modell)
|
||||
\item Threads (→ pop-up Thread Modell)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Interrupts auf Anwendungsebene}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item notwendig: Event Service Routines (ESRs)
|
||||
\item Beispiel: UNIX/Linux-Signalbehandlung
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Virtuelle Prozessadressräume und physischer Adressraum, Abbildungen}
|
||||
\centering{
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_Adressräume.png}
|
||||
}
|
||||
|
||||
\paragraph{Seitenabbildungstabellen}
|
||||
\centering{
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_Seitenabbildungstabellen.png}
|
||||
}
|
||||
|
||||
\paragraph{Seitentabelleneinträge}
|
||||
\centering{
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_Seitentabelleneinträge.png}
|
||||
}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item anwesend:Indikator, ob Seite im Arbeitsspeicher liegt ("present"-Bit)
|
||||
\item benutzt: Indikator, ob auf die Seite zugegriffen wurde ("used/referenced"-Bit)
|
||||
\item verändert: Indikator, ob Seite "schmutzig" ist ("dirty/modified"-Bit)
|
||||
\item Schutz: erlaubte Zugriffsart je Privilegierungsebene ("access control list")
|
||||
\item Caching: Indikator, ob Inhalt der Seite ge"cached" werden darf
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Seitenaustauschalgorithmen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Optimale Strategie: Auslagerung derjenigen Arbeitsspeicherseite, deren ...
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item nächster Gebrauch am weitesten in der Zukunft liegt ("Hellseher")
|
||||
\item Auslagerung nichts kostet (man müsste man wissen, ob eine Seite seit ihrer Einlagerung verändert wurde)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item im Folgenden: einige Algorithmen, die sich diesem Optimum annähern:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item First-In, First-Out (FIFO)
|
||||
\item Second-Chance
|
||||
\item Least Recently Used (LRU)
|
||||
\item Working Set / WSClock
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{i-Node}
|
||||
i-Node: Metainformationen über genau eine Datei
|
||||
\centering{
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_i-Node.png}
|
||||
}
|
||||
|
||||
\paragraph{Verzeichnis}
|
||||
Verzeichnis = Menge von Paaren (Name, i-Node-Index)
|
||||
|
||||
\paragraph{Superblock}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Superblock: Einstiegspunkt eines Dateisystems
|
||||
\item enthält: Schlüsselparameter
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Name des Dateisystems
|
||||
\item Typ (NTFS, Ext * , HFS, ...) → Layout der Metadaten
|
||||
\item Größe und Anzahl Sektoren
|
||||
\item Ort und Größe der i-Node-Tabelle
|
||||
\item Ort und Größe der Freiliste
|
||||
\item i-Node-Nummer des Wurzelverzeichnisses
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Hardware-Prinzipien}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item Controller-Register
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item in E/A-Adressräumen
|
||||
\item im Arbeitsspeicher (Memory Mapped E/A)
|
||||
\item Isolation, Robustheit, Sicherheit
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Interruptsystem: asynchrone Benachrichtigungen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Software-Prinzipien}
|
||||
Gerätemanager (Treiber)
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item Auftragsmanagement
|
||||
\item ISRs
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Betriebssystem-Architekturen}
|
||||
\centering{
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth/4]{Assets/Betriebssysteme_Architekturen.png}
|
||||
}
|
||||
|
||||
\paragraph{Sicherheit}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item Schutz des Betriebssystems
|
||||
\item z.B. gegen Angriffe von außen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{SELinux-Ansatz}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item Sicherheitspolitiken in SELinux
|
||||
\item neue Betriebssystem-Abstraktion
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item absolute Kontrolle über kritische Funktionen des Betriebssystems
|
||||
\item spezifiziert durch Regelmenge
|
||||
\item implementiert durch die SELinux-Sicherheitsarchitektur
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
\paragraph{Robustheit}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Ziel: Tolerierung unvorhergesehener Fehler und Ausfälle
|
||||
\item Mikrokernarchitekturen: robuster als Makrokernarchitekturen
|
||||
\item Gründe:
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item\item Fehlerisolation
|
||||
\item Möglichkeiten zur Fehlerbehebung (z.B. Micro-Reboot)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\end{multicols}
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Überblick
|
||||
\begin{tikzpicture}[ mindmap, grow cyclic, every node/.style=concept, concept color=black!10,
|
||||
level 1/.append style={level distance=4cm},
|
||||
@ -184,8 +558,7 @@
|
||||
child{node{Individualität}}
|
||||
child{node{Portabilität}}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
;
|
||||
};
|
||||
\end{tikzpicture}
|
||||
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Scheduling
|
||||
|
||||
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