Betriebssysteme und UNIX Shell-Skripte

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Questions and Answers

Was ist der Unterschied zwischen einem Prozess und einem Thread?

Ein Prozess ist ein eigenständiger Ausführungsraum mit Ressourcen, während ein Thread der kleinste Ausführungseinheit innerhalb eines Prozesses ist.

Wie werden Systemaufrufe im Betriebssystem realisiert?

Systemaufrufe werden durch den Wechsel vom User-Mode in den Kernel-Mode realisiert, um Zugriff auf geschützte Betriebssystemressourcen zu erhalten.

Was versteht man unter User-Mode und Kernel-Mode?

User-Mode ist der Ausführungszustand, in dem Programme keine direkten Hardwarezugriffe haben, während der Kernel-Mode vollständigen Zugriff auf die Hardware und Systemressourcen bietet.

Definiere den Begriff Interrupt im Kontext von Betriebssystemen.

Ein Interrupt ist ein Signal an das Betriebssystem, das die CPU anweist, auf ein Ereignis zu reagieren, oft durch Unterbrechung der aktuellen Ausführung. Signup and view all the answers

Was sind Software- und Hardwareinterrupts und wie unterscheiden sie sich?

Softwareinterrupts werden durch Programme ausgelöst, während Hardwareinterrupts durch externe Geräte oder Hardwarefehler erzeugt werden. Signup and view all the answers

Wie unterstützen Shell-Skripte die Arbeit im Betriebssystem?

Shell-Skripte automatisieren die Ausführung von Befehlen und erleichtern somit repetitive Aufgaben in der Befehlszeile. Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck eines Betriebssystems?

Der Hauptzweck eines Betriebssystems ist es, die Komplexität eines Computers zu abstrahieren und Benutzern sowie Programmen sicheren Zugriff auf Ressourcen zu ermöglichen. Signup and view all the answers

Nenne ein Beispiel, wie Shell-Skripte verwendet werden können.

Ein Shell-Skript kann verwendet werden, um alle laufenden Prozesse mit offenen Ports zu identifizieren. Signup and view all the answers

Welche Hauptaufgaben hat ein Compiler?

Ein Compiler übersetzt einen Programmcode in die Binärrepräsentation der Zielarchitektur. Signup and view all the answers

Was geschieht beim Kompilieren eines C-Programms mit dem gcc-Befehl?

Der gcc-Befehl ruft den C-Präprozessor auf, übersetzt C-Code und bindet alle Objektdateien mit Bibliotheken. Signup and view all the answers

Was ist der Zweck von #include in C-Programmen?

#include dient dazu, Header-Dateien einzufügen, die Funktionalitäten und Definitionen bereitstellen. Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt der Linker im Kompilierungsprozess?

Der Linker bindet alle Objektdateien und verknüpft sie mit den benötigten Bibliotheken. Signup and view all the answers

Wie beeinflussen Funktionen, Bedingungen und Schleifen die Programmierung in C?

Sie ermöglichen es, komplexe Logik und wiederholbare Abläufe einfach und effizient zu implementieren. Signup and view all the answers

Was ist der Unterschied zwischen Text- und Datensegment in einem C-Programm?

Das Textsegment enthält den ausführbaren Code, während das Datensegment globale und statische Variablen speichert. Signup and view all the answers

Wie speichern Benutzer Inhalte in einer neu erstellten Datei in C?

Die Inhalte werden durch die Verwendung von Dateizugriffsfunktionen und entsprechenden Bedingungen in der Datei gespeichert. Signup and view all the answers

Welche Bedeutung hat die Variable 'mama' im Beispielprogramm?

Die Variable 'mama' speichert einen statischen Wert, der innerhalb der Funktion verändert werden kann. Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn ein C-Programm mit dem Befehl 'gcc -Wall -O2 -o ./app app.c' kompiliert wird?

Der Compiler übersetzt den C-Code in ein ausführbares Programm, wobei es auch Warnungen anzeigt und Optimierungen vornimmt. Signup and view all the answers

Welche Speicherbereiche werden beim Start eines Prozesses vom Betriebssystem angelegt?

Das Betriebssystem legt Speicher für das Textsegment und das Datensegment an. Signup and view all the answers

Was ist das Ergebnis von 'malloc(1024)' in C und wo wird der Speicher angelegt?

'malloc(1024)' reserviert 1024 Byte im Heap-Speicher für den Prozess. Signup and view all the answers

Wie abstrahiert das Betriebssystem von der Hardware?

Das Betriebssystem virtualisiert die Hardware und verwaltet Ressourcen für Programme. Signup and view all the answers

Was sind die grundlegenden Komponenten eines Prozesses?

Ein Prozess besteht mindestens aus einem Thread, der CPU und einem zugewiesenen Speicherbereich. Signup and view all the answers

Welche Ressourcen werden vom Betriebssystem einem Thread zugeteilt?

Das Betriebssystem weist jedem Thread Ressourcen wie CPU, Speicher und Eingabegeräte zu. Signup and view all the answers

Was beschreibt der Begriff 'grafische Benutzeroberfläche' im Kontext des Betriebssystems?

Die grafische Benutzeroberfläche ist eine visuelle Schnittstelle, die Benutzern die Interaktion mit dem Betriebssystem erleichtert. Signup and view all the answers

Welche Rolle spielen Bibliotheken bei der Softwareentwicklung im Betriebssystem?

Bibliotheken bieten wiederverwendbare Funktionen, die Entwicklern helfen, effizienteren Code zu schreiben. Signup and view all the answers

Wie wird ein Systemcall in der alten Linux-Version aufgerufen?

Ein Systemcall wird aufgerufen, indem das EAX-Register auf die Systemcall-Nummer gesetzt und ein Software-Interrupt über 'int $0x80' ausgelöst wird. Signup and view all the answers

Was sind die ersten zwei Schritte im Ablauf eines Hardware-Interrupts?

Ein Gerät meldet den Interrupt über die Interrupt-Leitung, gefolgt von einer Unterbrechung des Mikroprozessors. Signup and view all the answers

Was ist der Zweck eines Interrupts?

Der Zweck eines Interrupts ist es, das Betriebssystem dazu zu bringen, einen laufenden Prozess anzuhalten und zu entscheiden, was als nächstes zu tun ist. Signup and view all the answers

Was macht die Interrupt Service Routine (ISR) während der Behandlung eines Interrupts?

Die ISR liest Daten in einen Betriebssystem internen Puffer. Signup and view all the answers

Nenne eine Methode, wie in C ein Systemcall zur Bestimmung der Prozess-ID durchgeführt wird.

In C wird dies durch 'PID = getpid();' erreicht. Signup and view all the answers

Was bedeutet der Begriff 'Trap' im Kontext von Systemaufrufen?

'Trap' bezeichnet den Wechsel von User-Space in Kernel-Space durch das Auslösen eines Software-Interrupts. Signup and view all the answers

Wie reagiert eine Anwendung normalerweise auf einen Hardware-Interrupt?

Die Anwendung bemerkt normalerweise nichts davon, außer dass sie möglicherweise verzögert reagiert. Signup and view all the answers

Warum ist es wichtig, Interrupts zu maskieren?

Interrupts werden maskiert, um die Abarbeitung des aktuellen Interrupts nicht zu stören und um Rekursionen zu vermeiden. Signup and view all the answers

Welche Arten von Interrupts unterscheidet man?

Es gibt asynchrone Interrupts, die von Hardware erzeugt werden, und synchrone Interrupts, die vom Prozessor selbst erzeugt werden. Signup and view all the answers

Was ist ein Beispiel für einen nicht maskierbaren Hardware-Interrupt?

Ein Beispiel ist ein Memory Error ECC oder ein Stromausfall. Signup and view all the answers

Wie wird die Nummer eines Systemcalls in Assembler gesetzt?

In Assembler wird die Systemcall-Nummer durch 'movl 0x27, %eax' gesetzt. Signup and view all the answers

Was geschieht periodisch mit dem Betriebssystem-internen Puffer?

Der Betriebssystem-interne Puffer muss periodisch kopiert werden. Signup and view all the answers

Was passiert mit einem laufenden Prozess, wenn ein Interrupt auftritt?

Der laufende Prozess wird vorübergehend angehalten, und das Betriebssystem überprüft, was als Nächstes zu tun ist. Signup and view all the answers

Was bedeutet es, wenn ein Prozess 'trappen' muss?

'Trappen' bedeutet, dass ein Prozess einen Software-Interrupt auslösen muss, um den Kernel zu erreichen. Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn eine Hardware-Interrupts mit höherer Priorität auftritt?

Höherpriorisierte Interrupts können andere ISRs unterbrechen. Signup and view all the answers

Warum sollten die ISR-Routinen so schnell wie möglich beendet werden?

Um die Systemleistung zu maximieren und andere Interrupts nicht unnötig zu verzögern. Signup and view all the answers

Study Notes

Betriebssysteme (BS): Einführung

Ein Betriebssystem versteckt die Komplexität eines Computers vor dem Benutzer und Programmierer.
Es bietet einer Gruppe von Benutzern und Programmen gemeinsamen, sicheren Zugriff auf Rechen-, Speicher- und Kommunikationsmittel.

UNIX Shell-Skripte

Shell-Skripte sind Textdateien, die eine Reihe von Kommandos zu einem ausführbaren Programmablauf zusammenfassen.
Alle Befehle, die in der Befehlszeile ausgeführt werden können, können in einem Skript zusammengefasst werden.
Shell-Skripte erleichtern die Arbeit, z. B. durch die Identifikation aller laufenden Prozesse mit offenen Ports.

Wiederholung - Prozesse

Das C Programm (z. B. app.c) wird vom Compiler übersetzt und vom Betriebssystem als Prozess gestartet.
Für jedes C Programm, was als Prozess gestartet wird, wird im Speicher das Text- und Data-Segment angelegt.

Hardware-Abstraktion

Das Betriebssystem abstrahiert die Hardware und virtualisiert sie.
Jedes Programm besteht aus mindestens einem Prozess.
Jeder Prozess besteht aus mindestens einem Thread (Ausführungspfad).
Für jeden Thread werden CPU, Speicherbereich, Tastatur etc. vom Betriebssystem zugeteilt.

System Calls

System Calls helfen Anwendungen mit der Hardware zu kommunizieren.
Die System Calls werden von Betriebssystemfunktionen bereitgestellt.
System Calls ermöglichen es Anwendungen, Ressourcen des Betriebssystems zu verwenden.

User-/Kernel-Mode

System Calls werden im Kernel-Mode bearbeitet, während Anwendungen im User-Mode ausgeführt werden.
Der Kernel-Mode hat volle Kontrolle über die Hardware.
Der User-Mode hat nur begrenzte Kontrolle über die Hardware und ist durch das Betriebssystem eingeschränkt.

Prozess-Kontext wechseln

Beim System Call wird der Prozess-Kontext vom User-Mode in den Kernel-Mode gewechselt.
Der Kernel-Kontext enthält alle Daten und Informationen, die zum Ausführen eines Prozesses benötigt werden.
Der System Call wird im Kernel abgearbeitet, danach wird der Prozess-Kontext zurück in den User-Mode wechselt.

Interrupt-Systeme

Ein Interrupt ist ein Signal, das das Betriebssystem anhält und veranlasst, eine spezielle Aktion auszuführen.
Interrupts dienen der Kommunikation zwischen der Hardware und dem Betriebssystem.
Es gibt Hardware- und Software-Interrupts.

Hardware-Interrupts

Hardware-Interrupts werden von Peripheriegeräten ausgelöst.
Jeder Hardware-Interrupt hat eine eindeutige Interrupt-Serviceroutine (ISR).
Die ISR verarbeitet die Anfrage des Geräts und meldet sie dem Betriebssystem.

Software-Interrupts

Software-Interrupts werden von Programmen ausgelöst, um bestimmte Aktionen auszuführen.
System Calls sind Beispiele für Software-Interrupts.
Software-Interrupts werden vom Prozessor selbst erzeugt.

Interrupts priorisieren

Interrupts können priorisiert werden, um die Bearbeitung wichtiger Ereignisse zu gewährleisten.
Wichtige Interrupts (z. B. Memory Error) haben eine hohe Priorität, damit sie schnellstmöglich verarbeitet werden.
Interrupts können in Warteschlangen abgelegt und in der Reihenfolge ihrer Priorität bearbeitet werden.

Interrupt Handling

Das Betriebssystem muss für jedes Interrupt einen geeigneten Handler finden.
Der Handler führt die nötigen Maßnahmen für ein spezifisches Interrupt aus.
Der Handler setzt die Hardware zurück und gibt die Kontrolle an die unterbrochene Anwendung zurück.

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