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Betriebssysteme I (Wintersemester 2022/2023)

Dozent: Prof. Dr. Andreas Polze (Betriebssysteme und Middleware) , Felix Grzelka (Betriebssysteme und Middleware) , Weronika Wrazen (Betriebssysteme und Middleware) , Andreas Grapentin (Betriebssysteme und Middleware)
Website zum Kurs: https://osm.hpi.de/bs/2022/

Allgemeine Information

  • Semesterwochenstunden: 4
  • ECTS: 6
  • Benotet: Ja
  • Einschreibefrist: 01.10.2022 - 31.10.2022
  • Prüfungszeitpunkt §9 (4) BAMA-O: 15.02.2023
  • Lehrform: Vorlesung / Übung
  • Belegungsart: Pflichtmodul
  • Lehrsprache: Deutsch

Studiengänge, Modulgruppen & Module

IT-Systems Engineering BA
  • Softwarebasissysteme
    • HPI-BS Betriebssysteme

Beschreibung

Betriebssysteme müssen einerseits die Ressourcen eines Rechners effektiv verwalten und andererseits zum Programmieren eine geeignete Abstraktion von der zugrundeliegenden Hardware bieten. In der Lehrveranstaltung werden die Grundlagen von klassischen Betriebsystemen vermittelt sowie Techniken und Ansätze zur Implementierung von Nebenläufigkeit, Schedulern, Synchronisationsmechanismen, Speicherverwaltung und Sicherheitskomponenten an Beispielen diskutiert.

Weitergehende Informationen finden Sie unter https://osm.hpi.de/bs/2022/

Lern- und Lehrformen

Die behandelten Themen der Vorlesung orientieren sich am ACM Computer Science Curricula: Operating Systems:

  • Unit OS1 / Overview of Operating Systems
    • Rolle und Aufgaben des Betriebssystems
    • Funktionsweise eines typischen Betriebssystems
    • Mechanismen zur Unterstützung von Client-Server-Modellen, Handheld-Geräten
    • Designfragen (Effizienz, Robustheit, Flexibilität, Portabilität, Sicherheit, Kompatibilität)
  • Unit OS2 / Operating System Principles
    • Strukturierungsmethoden (monolithische, geschichtete, modulare, Mikro-Kernel-Modelle)
    • Abstraktionen, Prozesse und Ressourcen
    • Konzepte von Anwendungsprogramm-Schnittstellen (APIs)
    • Die Entwicklung von Hardware-/Softwaretechniken und Anwendungsanforderungen
    • Geräte-Organisation
    • Interrups: Methoden und Implementierungen
    • Konzept des Benutzer-/Systemzustands und des Schutzes, Übergang zum Kernelmodus
  • Unit OS3 / Concurrency
    • Was ist Nebenläufigkeit?
    • kritische Abschnitte
    • Implementierung von Synchronisationsprimitiven
    • Kommunikation zwischen Prozessen
    • Die Rolle von Interrupts
    • Verwaltung von atomarem Zugriff auf Betriebssystem-Objekte
    • Multiprozessorprobleme (Spin-Locks, Reentrancy)
  • Unit OS4 / Scheduling and Dispatch
    • Präemptives und nicht-präemptives Scheduling
    • Konzept von Prozessen und Threads
    • Scheduling-Algorithmen und Datenstrukturen
    • Deadlines und Echtzeitfragen
  • Unit OS5 / Memory Management
    • Was ist eine Speicheradresse? Von virtuellen zu physikalischen Adressen
    • Überprüfung des physischen Speichers und der Speicherverwaltungshardware
    • Datenstrukturen für Speicherverwaltung
    • Physikalische Speicherverwaltung
  • Unit OS7 / Security and Protection
    • Was ist Security?
    • Überblick und Vergleich von Zugriffskontrolle und Authentifizierungsmethoden
    • kurze Diskussion über Vertrauen in Software

Leistungserfassung

Die Prüfungsleistung wird durch eine schriftliche Prüfung am Semesterende erbracht. Vorraussetzung für die Zulassung zur schriftlichen Prüfung ist die erfolgreiche Bearbeitung aller Hausaufgaben, sowie die regelmäßige, aktive Teilname an den Konsultationen mit den Tutoren.

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