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Betriebssysteme-V+EÜ (BS-VEU)7.5 ECTS (englische Bezeichnung: Operating Systems L+EE)
Modulverantwortliche/r: Daniel Lohmann Lehrende:
Daniel Lohmann, Wolfgang Schröder-Preikschat
Studienfächer/Prüfungsordnungsmodule:
Einfrieren der UnivIS-Modul-Beschreibung: 15.8.2017
Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme (30510)
Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme (33606)
Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Eingebettete Systeme (36933)
Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Realisierung von Informations- und Kommunikationssystemen (36937)
Startsemester: |
WS 2017/2018 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
90 Std. | Eigenstudium: |
135 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
Empfohlene Voraussetzungen:
- C/C++ (Übungsaufgaben werden in C++ implementiert)
Assembler (Grundkenntnisse) Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:
Systemprogrammierung (SS 2017)
Inhalt:
Inhalt des Moduls ist Vermittlung grundlegender Konzepte, Methoden und Techniken von Betriebssystemen aus dem Blickwinkel einer Betriebssystementwicklerin. Im Rahmen der Übungen entwickeln die Studierenden in einem "bottom-up" Entwurf- und Entwicklungsprozess ihr eigenes Mehrkernbetriebssystem für die IA-32 Platform, ausgehend von der "nackten Hardware" über grundlegende Ein-Ausgabemöglichleiten, Unterbrechungsbearbeitung bis hin zu quasi- und echtparalleler Programmausführung.
Lernziele und Kompetenzen:
Studierende, die das Modul erfolgreich abgeschlossen haben:
erläutern den Startvorgang eines Rechensystems am Beispiel eines IA32 PCs.
beschreiben die spezifischen Herausforderungen bei der Softwareentwicklung für "bare metal".
beschreiben den Ablauf einer Unterbrechungsbehandlung von der Hardware bis zur (System-)software.
skizzieren Besonderheiten und Strategien der Unterbrechungsbehandlung in Hardware für Mehrkernsystemen am Beispiel des IA32-APICs.
diskutieren die Aufgabenteilung zwischen Hardware und Systemsoftware bei der Unterbrechungsbearbeitung.
unterscheiden die verschiedenen Typen von Kontrollflüssen in einem Betriebssystem anhand des Ebenenmodells.
unterscheiden harte, mehrstufige, und weiche Verfahren zur Unterbrechungssynchronisation in Betriebssystemen und können diese für ein Mehrkernsystem implementieren.
klassifizieren konkrete Konkurrenzsituationen anhand des Ebenenmodels und leiten daraus geeignete Synchronisationsmaßnahmen ab.
schildern die IA32-Architektur und gängige PC-Technologie und deren Schnittstellen zur Systemsoftware.
erläutern grundlegende Bausteine für die Implementierung von Quasi-Parallelität (Fortsetzungen, Koroutinen, Fäden) und grenzen diese gegeneinander ab.
erläutern die Interaktionen zwischen Hardware, Übersetzer und Systemsoftware, die dabei zu beachten sind.
entwickeln den Koroutinenwechsel für einen gegebene Architektur.
erläutern die Implikationen von Quasi-Parallität auf das Ebenenmodell und die daraus abgeleiteten Synchronisationsmaßnahmen.
beschreiben die Implementierung von (verdrängendem) Scheduling in einem Betriebssystem.
analysieren das Zusammenspiel von Scheduling und Unterbrechungssynchronisation.
nennen Kriterien und Dimensionen des Schedulings von Betriebsmitteln, insbesondere der CPU.
erläutern die konkrete Umsetzung am Beispiel der Scheduler in Linux und Windows.
unterscheiden grundlegende Möglichkeiten der Koordinierung und Synchronisation von Fäden (aktives/passives Warten, nichtverdrängbare kritische Abschnitte).
entwickeln Mechanismen für die Synchronisation auf Fadenebene für Mehrkernsystemen.
erklären die dabei zu beachtenden Synchronisationsprobleme (lost update, lost wakeup) und geeignete Gegenmaßnahmen.
interpretieren die Bedeutung von Gerätetreibern in der Betriebssystempraxis.
erläutern die Anforderungen an ein Treibermodell.
vergleichen die Umsetzung von Treibermodellen in Windows und Linux.
vergleichen grundlegende BS-Architekturen (Bibliothek, Monolith, Mikrokern, Exokern, Hypervisor) anhand fundamentaler Charakteristika (Robustheit, Performanz, Portierbarkeit) und Mechanismen.
schildern die grundlegenden Paradigmen zur Interprozesskommunikation in Betriebssystemen (speicherbasiert vs. nachrichtenbasiert).
erläutern die grundlegenden Primitiven dieser Verfahren.
skizzieren, wie unter Anwendung dieser Primitiven höhere Synchronisationskonstrukte implementiert werden (Monitore, Leser-/Schreiber-Sperre).
illustrieren die Dualität der Paradigmen.
erschließen sich typische Probleme (Nebenläufigkeit, Compilerverhalten, Debuggen ohne dedizierte Hilfsmittel) und Fehlerquellen bei der hardwarenahen Softwareentwicklung für Mehrkernsysteme.
können in Kleingruppen kooperativ arbeiten.
können die ihre Entwurfs- und Implementierungsentscheidungen kompakt präsentieren und argumentativ vertreten.
reflektieren ihre Entscheidungen kritisch und leiten Alternativen ab.
können offen und konstruktiv mit Schwachpunkten und Irrwegen umgehen.
Literatur:
Hinweise zu geeigneter Literatur erfolgen in der Vorlesung.
Weitere Informationen:
www: http://www4.informatik.uni-erlangen.de/Lehre/WS17/V_BS/
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
- Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
(Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
- Informatik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2009s | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
- Informatik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2009w | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
- Informatik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Master of Science) | Wahlpflichtbereich | Säule der systemorientierten Vertiefungsrichtungen | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
- Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Schwerpunkte im Masterstudium | Schwerpunkt Eingebettete Systeme | Wahlpflichtmodule | Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Eingebettete Systeme)
- Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Schwerpunkte im Masterstudium | Schwerpunkt Realisierung von Informations- und Kommunikationssystemen | Wahlpflichtmodule | Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Realisierung von Informations- und Kommunikationssystemen)
- Mathematik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Vertiefungsmodule | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Betriebssysteme (Vorlesung mit erweiterten Übungen) (Prüfungsnummer: 820947)
zugeh. "mein campus"-Prüfung: | - 37152 Verteilte Systeme und Betriebssysteme (7,5 ECTS) (Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter).
- 38152 Verteilte Systeme und Betriebssysteme (7,5 ECTS) (Informatik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter).
- 17028 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter).
- 17328 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter).
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- Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
30-minütige mündliche Prüfung
+ aktive, erfolgreiche Teilnahme an den erweiterten Übungen
- Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: SS 2018
1. Prüfer: | Volkmar Sieh (100548) |
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UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
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