Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg  /   Technische Fakultät  /   Department Informatik

Vorlesungsüberblick

Die Veranstaltung Systemprogrammierung (SP) gibt eine Einführung in das "Programmieren im Großen" mit der Sprache C, verbunden mit der Vermittlung von grundlegenden Techniken der (imperativen) Systemprogrammierung am Beispiel von Betriebssystemen.

Die Vorlesung behandelt Betriebssysteme auf funktionaler wie auch (Software-)struktureller Ebene. Der "klassische" Lehrstoff über Betriebssystemfunktionen wird am Beispiel eines logischen, schichtenstrukturierten Systementwurfs vermittelt. Dabei steht der gesamtheitliche Zusammenhang zwischen den verschiedenen Funktionen im Vordergrund.

Der Lehrstoff gliedert sich auf in drei Hauptteile. Der erste Teil ist von einführendem Charakter und gibt zunächst eine kurze Motivation, gefolgt von einem etwas längeren geschichtlichen Rückblick über die Entwicklung von Betriebssystemen. Im zweiten Teil werden die typischen zentralen Betriebssystemabstraktionen (Adressraum, Speicher, Datei und Prozess) aus Benutzersicht, d. h. "von oben" und am Beispiel der UNIX-Systemschnittstelle, diskutiert. Abschluss bildet ein kurzer Abstecher in den modularen, hierarchischen Entwurf von Betriebssystemen. Hier wird die logische Struktur eines Betriebssystems entwickelt, dessen Funktionen im weiteren Verlauf des sich anschließenden dritten Teils genauer betrachtet werden sollen. In eben diesen dritten Teil werden die Konzepte, Techniken und Funktionen im Detail erklärt, die zur Implementierung der eingangs erwähnten Basisabstraktionen von Betriebssystemen erforderlich sind. Im Einzelnen behandelt werden in dem Kontext die folgenden Themen:

  • Speichervergabe, Adressraumabbildung
  • Prozessumschaltung, -einplanung und -verwaltung
  • Unterbrechungssteuerung, Koordination
  • Ein-/Ausgabe, Dateiverwaltung
  • Ein-/Auslagerung, Programmverwaltung
  • Zugriffskontrolle, Systemaufrufe
Im Vordergrund stehen Betriebssystemfunktionen für Einprozessorsysteme. Spezielle Fragestellungen zu Mehrprozessorsystemen (auf Basis gemeinsamen Speichers) werden nur am Rande und in Bezug auf Funktionen zur Koordinierung nebenläufiger Programme behandelt. In ähnlicher Weise werden Fragen zur Echtzeitverarbeitung ansatzweise nur in Bezug auf die Prozesseinplanung erörtert.

Gliederung und Vorlesungsfoliennach oben ▲

Die Vorlesungsfolien werden im PDF-Format mit einer DIN-A4-Seite, zwei DIN-A5-Seiten und vier DIN-A6-Seiten pro Druckblatt angeboten.

Die Folien liegen zu Beginn des Semesters noch nicht vollständig vor - wir werden die Teile jeweils zur Verfügung stellen, sobald sie fertig werden.

Aktuell wird für die Vorlesungen SP1 und SP2 ein Glossar entwickelt, in dem die in der Vorlesung verwendeten Akronyme und Fachvokabular näher erläutert werden. Der aktuelle Stand, der den Stoff von SP1 bereits weitestgehend abdeckt (und auch Themen aus SP2 beinhaltet), ist unter folgendem Link zu finden: Glossar aktuell.

All slides are copyrighted (C) 2011-2021 by Wolfgang Schröder-Preikschat and Jürgen Kleinöder, University of Erlangen-Nürnberg, Germany. Use without prior written permission of the authors is not permitted!

AbschnittDatumFolien (PDF)
Teil B
8.Zwischenbilanz zu SP118.10.2019(A4),
(A5),
(A6)
Teil C
9.Prozessverwaltung
9.1.Einplanungskriterien: Faden (Thread), Einplanungsebenen, Prozesszustände, Verdrängung, Gütemerkmale25.10.2019(A4),
(A5),
(A6)
9.2.Einplanungsverfahren: Einordnung, Verfahren/Strategien08.11.2019(A4),
(A5),
(A6)
10.Prozesssynchronisation
10.1.Nichtsequentialität: Parallelisierbarkeit, Kausalordnung, Konkurrenz und Koordination, Verfahrensweisen15.11.2019(A4),
(A5),
(A6)
10.2.Monitore (Hansen, Hoare, Mesa, Java), Bedingungsvariable, Signalisierungssemantiken22.11.2019(A4),
(A5),
(A6)
10.3.Semaphor (binär, allgemein), Mutex, unilaterale Sperren (Unterbrechung, Fortsetzung, Verdrängung)29.11.2019(A4),
(A5),
(A6)
10.4.Umlaufsperre, Schlossalgorithmen, nichtblockierende Synchronisation, (Mikro-) Transaktion, Spezialbefehle06.12.2019(A4),
(A5),
(A6)
11.Betriebsmittelverwaltung
Betriebsmittel, Stillstand13.12.2019(A4),
(A5),
(A6)
12.Speicherverwaltung
12.1.Adressraumkonzepte: Grundlagen, physikalischer Adressraum, logischer Adressraum, virtueller Adressraum20.12.2019(A4),
(A5),
(A6)
12.2.Zuteilungsverfahren: Platzierungsstrategie, Freispeicherorganisation, Speicherverschnitt10.01.2020(A4),
(A5),
(A6)
12.3.Speichervirtualisierung: Ladestrategie, Ersetzungsstrategie (FIFO, LRU, WS)17.01.2020(A4),
(A5),
(A6)
13.Dateisystem
13.1.Medien, Speicherung von Dateien, Beispiele: UNIX-FS, EXT2-FS, NTFS24.01.2020(A4),
(A5),
(A6)
13.2.NTFS, Dateisysteme mit Fehlererholung (Journal, Log-structured), RAID-Systeme31.01.2020(A4),
(A5),
(A6)
14.Fragestunde zur Klausur07.02.2020

Vertiefende Literaturnach oben ▲

  • A. Silberschatz, P. B. Galvin, G. Gagne. Operating Systems Concepts. John Wiley & Sons, 2001.
  • R. W. Stevens. Advanced Programming in the UNIX Environment. Addison-Wesley, 1992.
  • A. S. Tanenbaum, A. S. Woodhull. Operating Systems: Design And Implementation. Prentice-Hall, 1997.
  • A. S. Tanenbaum. Structured Computer Organization. Prentice-Hall, 1999.
Nachfolgend Auszüge aus einem Manuskript des Dozenten Prof. Dr. Wolfgang Schröder-Preikschat, die die einleitenden Themen der Vorlesung (Teil B, 4. und 5.) behandeln. Der Zugriff auf die Kapitel ist nur aus dem Netz der Universität möglich.

Kapitel PDF
Einleitung PDF
Evolution und Betriebsarten PDF
Organisation von RechensystemenPDF
Anhang PDF
Antworten PDF
Referenzen PDF
Begriffsverzeichnis PDF
Sachverzeichnis PDF
Fremdwortverzeichnis PDF

UnivIS-Informationennach oben ▲

Systemprogrammierung 2 (SP2)

Dozentinnen/Dozenten
Dr.-Ing. Jürgen Kleinöder, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat

Angaben
Vorlesung
2 SWS, Sprache Deutsch
Zeit und Ort: Fr 12:15 - 13:45, H7

Studienfächer / Studienrichtungen
WPF MT-BA ab 5
PF INF-BA 3
PF IuK-BA 3
PF CE-BA-G 3
PF WINF-BA 3
WPF MT-MA-BDV ab 1