Systemsoftware Modul - Master Angewandte KI

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Questions and Answers

Welche der folgenden Aussagen sind falsch? (Wählen Sie alle an, die zutreffen)

Für moderne Betriebssysteme ist neben Multitasking auch der Mehrbenutzerbetrieb notwendig.

Moderne Betriebssysteme arbeiten fast ausschließlich mit Swapping, um zusätzlichen Speicherplatz für Programme bereitzustellen. (correct)

Ein Programm kann springen an eine Speicheradresse, an der sich Daten beinden.

Moderne Betriebssysteme nutzen eine Kombination aus Segmentierung und Paging, um den Arbeitsspeicher effizient zu verwalten.

Frühe Computer hatten keine Betriebssysteme.

Ein Programm kann Daten lesen und ausführen, die im Speicher beinden.

Ein Betriebssystem ist nur sinnvoll, wenn der Computer mehrere Programme gleichzeitig ausführen kann. (correct)

Ein Programm kann sich selbst beliebig verändern, indem es seinen eigenen Code überschreibt.

Ein Programm kann seinen eigenen Code lesen und analysieren, indem es ihn in Quellcode zurückverwandeln kann.

Was ist das Hauptmerkmal des Universalrechners nach von Neumann?

Der Befehlszähler liest den nächsten Befehl aus dem Speicher ein und verarbeitet diesen in einem Register, und über Steuersignale an andere Komponenten wird die Befehlsausführung angestoßen.

Der Speicher enthält Programmcode und Daten, das Eingabewerk liest Daten und Programmcode ein und speichert sie im Speicher, der Speicher ist in gleich große Speicherzellen aufgeteilt. (correct)

Die Befehle, die ein von Neumann-Rechner verarbeiten kann, gliedern sich in arithmetische und logische Befehle, Transportbefehle, bedingte und unbedingte Sprungbefehle sowie Unterprogramm-Aufrufe, Ein- und Ausgabebefehle und sonstige Befehle.

Das Steuerwerk für das Programm und das Rechenwerk sind kombiniert in einer Einheit.

Die Befehle, die der Rechner nacheinander verarbeiten soll, liegen hintereinander im Speicher, das Steuerwerk hat einen Befehlszähler, der die Speicheradresse enthält, an welcher der nächste auszuführende Befehl steht.

Das Steuerwerk für das Programm und das Eingabewerk sind kombiniert in einer Einheit.

Wofür steht die Abkürzung ”DMA“?

Direct Memory Access

Welche beiden Arten von Scheduling gibt es für Betriebssysteme?

Kooperatives Scheduling und präemptives Scheduling Signup and view all the answers

Was ist ein ”Interrupt“?

Ein Interrupt ist ein Signal, das von Geräten oder Softwarekomponenten an den Prozessor geschickt wird, um ihn zu informieren, dass ein Ereignis stattgefunden hat. Signup and view all the answers

Was ist der Unterschied zwischen ”Prozess“ und ”Job“?

Ein Job ist ein Prozess, der aus einer Shell heraus gestartet wurde. Eine Shell kann mehrere Jobs gleichzeitig verwalten. Prozesse hingegen sind unabhängig von der Shell. Signup and view all the answers

Was ist ein ”Mutex“?

Ein Mutex ist ein Semaphor, der genau eine Ressource schützt. Ein Mutex dient dazu, einen kritischen Bereich zu schützen und zu gewährleisten, dass immer nur ein Thread auf diesen zugreifen kann. Signup and view all the answers

Dateien auf Datenträgern werden in Unix-Systemen mit einem so genannten lachem Dateisystem abgelegt.

False (B) Signup and view all the answers

Wie unterscheiden sich die beiden Dateisystem-Typen ”UFS“ und ”ZFS“ von einander?

UFS ist ein älteres File System, das von BSD-Systemen verwendet wird. ZFS ist ein moderneres Dateisystem, das von Sun Solaris implementiert wurde und auch auf BSD-Systemen verfügbar ist. Signup and view all the answers

Welche Methode wird verwendet um eine komplizierte Software unter Linux leicht zu installieren?

Containerisierung Signup and view all the answers

Was muss bei der Verwendung von mehreren Threads, die auf ein gemeinsames Datenarray zugreifen, unbedingt gewährleistet sein?

Die Synchronisation der Threads Signup and view all the answers

Was ist ein ”Deadlock“?

Ein Deadlock ist eine Situation, in der mehrere Threads sich gegenseitig blockieren und keiner von ihnen weiterarbeiten kann. Signup and view all the answers

Wie kann man einen Deadlock verhindern?

Indem man sicherstellt, dass alle Threads die benötigten Ressourcen in einer festen Reihenfolge anfordern. Signup and view all the answers

Welche zwei Möglichkeiten gibt es um sicherzustellen, dass Jobs (Kindprozesse) nach dem Beenden der Shell weiterlaufen?

Man kann das Kommando 'nohup' voranstellen oder das Kommando 'disown' verwenden. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Optionen werden bei der Installation von Debian-Paketen mit 'apt' nicht benötigt?

make (F), apt-get (G), dpkg (H) Signup and view all the answers

Study Notes

Systemsoftware - Lehrbrief

Der Lehrbrief behandelt das Modul Systemsoftware des Master-Verbundstudiengangs Angewandte Künstliche Intelligenz.
Der Autor ist Hans-Georg Eßer.
Das Dokument stammt vom 21. Juni 2024.

Inhaltsverzeichnis

Der Lehrbrief enthält ein detailliertes Inhaltsverzeichnis, das alle Kapitel und Abschnitte des Dokuments auflistet.
Die Kapitelnummerierung entspricht den im Dokument angegebenen Kapiteln.
Es gibt Abschnitte zu Grundlagen des Rechneraufbaus, Betriebssystemen, Linux-Installation, ausgewählten Standardanwendungen, Linux-Administration, Prozessen, Dateisystemen sowie Zusatzthemen wie Rechnerarithmetik und Docker.

Grundlagen Rechneraufbau, Betriebssysteme

Lernziele: Grundlegende Begriffe, Komponenten einer Computeranlage, Aufbau von Rechnern (von Neumann & Harvard) und die Aufgaben eines Betriebssystems verstehen.
Computer-Typen: Personal Computer (PCs), Server, Mobilgeräte, Embedded Devices und Echtzeitsysteme werden beschrieben.
Computer-Komponenten: Hauptplatine, Prozessor, Busse (PCI, ISA und SCSI), Chipsatz (North Bridge, South Bridge), Universalrechner (von Neumann-Architektur) und Harvard-Architektur werden detailliert behandelt. CPU-Architekturen (RISC und CISC) werden diskutiert.
Betriebssysteme: Aufgaben und Geschichte der Betriebssysteme werden erklärt. Das Konzept des Betriebssystems als Schnittstelle zwischen Anwendung und Hardware wird betont.

Linux-Installation und erste Schritte

Lernziele: Linux-Installation, Anmeldung am System und die Ausführung grundlegender Aufgaben in der Shell (Kommandozeile).
Beispiel Linux: Unterschied zwischen Linux-Kern und GNU/Linux als komplettes System.
Partitionierung: MBR- und GPT-Systeme. Primäre, erweiterte und logische Partitionen werden erläutert.
Installationsroutinen: Beschreibung der Installationsprozesse unter Linux. Der Unterschied zwischen grafischen und textbasierten Installationsprogrammen wird herausgestellt.
Shell: Grundlagen der Shell-Nutzung (Kommandos, Arbeitsverzeichnis, Optionen, Argumente...). Praktische Anwendungen für die Navigation im Dateisystem und Datei-manipulation (mkdir, rmdir, cp, mv, rm) werden erklärt.

Ausgewählte Standard-Anwendungen

Editoren: Einführung in Texteditoren wie Gnome Texteditor, Kate und Vim. Die besonderen Funktionen wie Syntax Highlighting und Befehlsmodus in Vim werden beleuchtet.
Secure Shell: Erklärung von SSH und dessen Verwendung für den Fernzugriff auf andere Rechner. Dateitransfer mit scp. Die Vorteile der Verschlüsselung und die Prüfung der Identität des Servers werden erklärt.
Software-Entwicklung: Einführung in die Konzepte des Compilers, Assemblers und Linkers. Praktische Demonstration mit einem Beispiel Makefile.

Linux-Administration

Benutzer und Gruppen: Grundlegende Benutzerverwaltung, Gruppenverwaltung und Zugriffsrechte. Erklärung der Datei /etc/passwd.
Zugriffsrechte: Konzepte und Befehle zur Verwaltung von Benutzern, Gruppen und Zugriffsrechten (chmod, chown, chgrp).
Software-Verwaltung: Software-Installation, Updates und Abhängigkeiten. Beschreibung des Paketverwaltungssystems (z.B. apt). Die Begriffe Repository und dependency hell werden erläutert.
System-Aktualisierung: Verfahren zur Installation von Updates.

Prozesse

Lernziele: Vordergrund- und Hintergrund-Jobs unterscheiden und praktisch erzeugen. Job-Liste und Prozess-Liste verstehen. Veränderung von Prozessparametern mit Werkzeugen wie ´jobs´, ´fg´, ´bg´
Linux-Jobs: Konzepte von Vordergrund- und Hintergrund-Jobs (mit &-Zeichen). Unterbrechung und Fortsetzung von Jobs. Die Behandlung von Jobs nach einem Shell-Abbruch.
Linux-Prozesse: Einführung in den Prozessbegriff; Unterscheidung zwischen Prozessen und Jobs. Der Prozesskontrollblock (PCB) wird detailliert beschrieben. Die Behandlung von Interrupts.
Speicherverwaltung: Konzept der Segmentierung. Der Ansatz der Adressübersetzung mit Seitentabellen. Paging wird erläutert.

Dateisystem

Lernziele: Grundlagen alter und moderner Dateisysteme. Unix-basierte Dateisysteme (Dateien und Verzeichnisse) werden erklärt. Metadatenverwaltung inklusive Inodes und die Verwaltung von Datenblöcken.
Allgemeine Dateisystem-Features: Überblick über grundlegende Konzepte wie Datenblöcke, Metadaten (z.B., Zugriffsrechte) und Formatierungen. Indirektion wird behandelt.
Unix-Dateisysteme: Aufbau von Inodes, Link-Count, Dateigröße, Zugriffszeiten (atime, mtime, ctime) und Dateinamen werden beleuchtet. Administrationsfunktionen (mkfs, mount, umount, fsck).
Beliebte Mount-Optionen: Bedeutung von Optionen wie ro (read-only) und rw (read-write)
Dateisysteme fremder Betriebssysteme: Erläutert die Prinzipien und Nutzung von FUSES. Praktische Anwendung für die Einbindung von Dateisystemen fremder Betriebssysteme (Windows, HFS+, etc.).

### Zusatzthemen

Rechnerarithmetik: Grundlagen reeller und ganzzahliger Zahlen, Fließkomma-Zahlen und Rundungsfehler im Computersystem.
Docker Container: Containervirtualisierung (ohne Hypervisors), Konzepte, Anwendung und Vorteile von Docker.
Synchronisation und Deadlocks: Konzepte des Threading, Synchronisationsprobleme und Deadlocks (wie im Beispiel der gemeinsamen Nutzung eines Kontos, bei mehreren Geldautomaten). Lösungskonzepte wie Mutexe und Semaphore.

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Description

Dieser Lehrbrief behandelt das Modul Systemsoftware des Master-Verbundstudiengangs Angewandte Künstliche Intelligenz. Er umfasst Themen wie Rechneraufbau, Betriebssysteme und Linux sowie grundlegende Begriffe und Komponenten der Computertechnik.