• Transport von Daten

• Prozessor und Hauptspeicher

• Hauptspeicher und externe Geräte

• Transparenz durch Abstraktion:

  • Steuerung

  • Überwachung

• Prinzip:

• Die Geräteverwaltung (I/O-Manager) dient der optimierten Verwaltung von externen Geräten zur Ein- und Ausgabe

  • Festplatten, SSD

  • Tastatur und Bildschirm

  • Netzwerkanbindung

• Schnittstelle zwischen den Geräten und dem Rest des Betriebssystems

• Aufgaben im Einzelnen:

  • Ausgabe von Kommandos an externe Geräte

  • Interrupt Bearbeitung

  • Fehlerbehandlung

• Polling => Busy Waiting (aktives Warten)

• Interrupt = Unterbrechung = Trap

• Abgrenzung zu Polling

  • Kein aktives Abfragen von Ereignisquellen

• Gründe für Interrupts:

  • Betriebssystembedingungen

  • Asynchrone Ereignisse

• Verursacher: Hardware oder Software

Interrupt:

• Synchrone Interrupts: Von der CPU ausgelöste Ausnahmen (für das laufende Programm gedacht)

  • Division durch 0

  • Speicherzugriffsverletzung

• Asynchrone Interrupts: Treten unabhängig davon auf, was das System gerade ausführt

  • Netzwerkadapter meldet ankommende Nachricht

  • Plattenspeicher meldet Zustellung eines Blocks

• Geräte sind über Bussysteme (Datenverbindung) an die CPU angebunden

• In heutigen Rechnern gibt es eine Hierarchie von Bussystemen

• Eine Datei (file) ist eine Menge von logisch zusammengehörenden Daten, die auf einem geeigneten Medium permanent gespeichert und dort über einen Bezeichner (Dateiname) eindeutig identifiziert werden kann.

Ein Dateisystem (file system) umfasst die Menge aller von einem Betriebssystem in derselben Weise verwalteten Dateien einschließlich aller dafür benötigten Informationen zu ihrer Verwaltung und Organisation

• Zu den Aufgaben der Dateiverwaltung gehören u. a.:

  • Abbildung der Nutzerdaten auf Verwaltungseinheiten (z. B. Datensatz, Block)

  • Realisierung von Zugriffsverfahren zu den Daten

  • Zuordnung von Speicherplatz für Dateien, Verwaltung belegter und freier Bereiche des Speichermediums

  • Kontrolle und Durchsetzung eines Zugriffsschutzes

• Beispiele

  • FAT (File Allocation Table) bei MS-DOS

  • NTFS (New Technology File System) bei Windows NT

  • HPFS (High Performance File System) bei OS/2

  • ext2 fs (extended Filesystem 2) für Linux

  • vfs (Virtual File System) für UNIX/Linux

  • ufs (Berkeley File System) für UNIX

  • sfs (Security File System) für UNIX

  • NFS (Network File System) von Sun für verschiedene Systeme in einem Netz

  • CDFS (CD-ROM File System) für CD-ROM nach ISO 9660

• Auf einer Festplatte unterscheidet man:

• Zylinder:

  Bei Festplatten mit mehreren Platten bilden die geometrisch übereinander liegenden Spuren einen Zylinder

• Spuren:

  Konzentrische Kreise auf den Platten.

• Sektoren:

  Jede Spur besteht aus mehreren Sektoren, die auch Blöcke genannt werden. Die Sektoren/Blöcke sind in PCAnwendungen meist für 512 Datenbytes eingerichtet.

• Schreiben und Lesen geschieht immer nur auf einem ganzen Sektor.

• SSD Enthalten einen Flashspeicher und damit keine mechanischen Teile.

  • Vorteile zu Festplatten:

    • Schnellere Zugriffszeiten

    • Geringes Gewicht

    • Keine Geräuschentwicklung

    • Defragmentierung unnötig

  • Nachteile zu Festplatten:

    • Preis

    • Kleinere Kapazitäten als eine Festplatte

    • Nur eine eingeschränkte Anzahl an Schreib- /Löschvorgängen

• Es existieren zwei Arten von Flash-Speicher:

  • NOR-Speicher

    • Jede Speicherzelle über eine eigene Datenleitung angeschlossen.

    • Wahlfreien Lese- und Schreibzugriff auf den Speicher.

    • Vorteil: bessere Zugriffszeit von NOR-Speicher gegenüber NANDSpeicher.

    • Nachteil: komplexerer Aufbau, höhere Stromverbrauch und kleiner Kapazitäten

  • NAND-Speicher

    • Speicherzellen zu Seiten zusammengefasst,

    • Jede Seite ist über eine eigene Datenleitung angeschlossen.

    • Ein Vorteil: geringere Anzahl von Datenleitungen und damit kostengünstiger

    • Nachteil: kein wahlfreier Zugriff und Lese- und Schreibzugriffe sind nur für ganze Seiten möglich.

• Dateiorganisation

  • Beschreibung der Strukturierung bzw. Anordnung der Daten und die möglichen Zugriffsformen

  • Logische Struktur einer Datei

  • Folge von Bytes (bytestream)

  • Folge von Datensätzen (records)

• Zugriff:

  • Sequenzieller Zugriff

  • Direkter, wahlfreier Zugriff

  • Indexsequenzieller Zugriff

• Kooperation mit (logischen) E/A-System

  • Formatierung in Zylinder, Spuren Sektoren

  • Einheit der Speicherverwaltung - Blöcke fester Größe (Cluster)

  • Zuordnung der Daten einer Datei auf Blöcke des Datenträgers

    -> Allocation

• Registrierung freie Plätze

• Verfahren:

  • Aufeinander folgende (zusammenhängende) Blöcke

  • Liste aller Blöcke mit interner Verkettung

  • Liste aller Blöcke mit externer Verkettung

• Leistungserhöhung:

  • Zwischenpufferung (Caching)

  • effiziente Organisation - „günstige“ Lage von Verwaltungs- und Benutzerdaten

  • E/A-System

• FAT-16 ist das alte MS-DOS Filesystem

  • nutzt 16-Bit Plattenadressen und max. 2 GiB (GibiByte) große Partitionen

• FAT-32 ist das alte MS-DOS Filesystem

  • nutzt 32-Bit Plattenadressen und max. 2 TiB große (TebiByte) Partitionen

• NTFS (NT File System) ist das moderne, hierarchische Filesystem von Windows 2000

  • NTFS nutzt 64-Bit Plattenadressen und unterstützt Partitionen bis zu einer Größe von 264 Byte

• Windows unterstützt auch Read-Only Filesysteme für DVDs (UDF) und CD-ROMs (CDFS)

• Ext-2 Filesystem

• Verwaltung der Files durch I-Nodes

  • Name des Files

  • Zugriffsrechte

  • Adressen der Datenblöcke

• Jeder Block wird einzeln adressiert.

• Für die Adressierung der Blöcke stehen 15 Felder im I-Node zur Verfügung.

  • 12 Felder: Verweis auf die ersten 12 Datenblöcke.

  • 13. Feld: Verweis auf den 1. Indirektionsblock ( einfach indirekt).

  • 14. Feld: Verweis auf den 2. Indirektionsblock ( zweifach indirekt).

  • 15. Feld: Verweis auf den 3. Indirektionsblock ( dreifach indirekt).

• Damit lassen sich 16 Millionen Datenblöcke adressieren:

  • 12 +n+n2 +n3 (mit n=256)

• Sicherheit

• RAID

• Backup

• Zugriffsschutz

• Kennung

• Passwort

• Zugriffsrecht

• ACL – Access Control List

• Berechtigungen – Capabilities

• Registrierung fehlerhafter Plattenblöcke

• Speicherung von Zeitinformationen: Unterstützung eines Wiederherstellungsversuches

• Sicherung der Konsistenz des Dateisystems

• Rekonstruktion fehlerhafter Dateien durch Protokollierung

• Sofortiges Schreiben aus dem Cache

• Sperrmechanismen zur Sicherung des wechselseitigen Ausschlusses

• Gewährleistung von Transaktionen

Ein Dateiverzeichnis (Ordner, Katalog, directory) ist eine Datenstruktur, die Informationen über eine Datei enthält und die benötigt wird, um Dateien untereinander logisch zu ordnen und eine effiziente Verwaltung auf dem Datenträger zu unterstützen (Definition im engeren Sinn)

• Eigenschaften

• Dateiname

• Dateityp

• Besitzer

• Attribute bzw. Zugriffsrechte

• Dateigröße

• Erstellungs- bzw. Änderungsdatum und

• Verweise auf die Datenblock oder eine Verwaltungsstruktur

• Wartung und Pflege des Betriebssystems

• Benutzerverwaltung

• Überwachung und Sicherung des laufenden Betriebs

• Organisatorische Maßnahmen und Planungsmaßnahmen