Betriebssystemtechnik (V+EÜ) - Cheatsheet

Prozess-Scheduling-Algorithmen

Definition:

Prozess-Scheduling-Algorithmen: Regeln und Methoden, nach denen ein Betriebssystem CPU-Zeit Prozessen zuweist.

Details:

• First-Come, First-Served (FCFS): Prozesse werden in der Reihenfolge ihrer Ankunft abgearbeitet.
• Shortest Job Next (SJN): Prozesse mit kürzester Ausführungszeit werden bevorzugt.
• Round Robin (RR): Prozesse erhalten zyklisch CPU-Zeit (Zeitscheibenverfahren).
• Priority Scheduling: Prozesse mit höherer Priorität werden bevorzugt behandelt.
• Multilevel Queue Scheduling: Prozesse werden in verschiedene Warteschlangen basierend auf Prioritäten oder Prozessarten aufgeteilt.
• Multilevel Feedback Queue: Kombination aus Multilevel Queue und dynamischer Prioritätsanpassung.
• Zeitscheiben (\textit{time quantum}): Dauer einer Prozessorzuteilung in RR und verwandten Algorithmen.

Interprozesskommunikation (IPC)

Definition:

Mechanismen zur Datenübertragung und Synchronisation zwischen Prozessen im Betriebssystem.

Details:

• Methoden: Speicherbasierte (Shared Memory), Nachrichtenbasierte (Message Passing).
• Shared Memory: Prozesse teilen sich einen Speicherbereich; benötigt Synchronisation wie Semaphoren/Mutex.
• Message Passing: Prozesse kommunizieren über Nachrichten; verwendet Primitive wie Sockets, Pipes, Message Queues.
• Sicherheit und Zugriffskontrolle: Notwendig zur Vermeidung von Konkurrenzbedingungen und Deadlocks.
• Beispiele: Unix-Pipes, POSIX-Shared Memory, Windows Named Pipes.

Deadlocks und deren Vermeidung

Definition:

Deadlock: Zustand, bei dem mehrere Prozesse auf Ressourcen warten, die von anderen Prozessen gehalten werden, wodurch keiner der Prozesse fortfahren kann.

Details:

• Vier notwendige Bedingungen für Deadlocks: Mutual Exclusion, Hold and Wait, No Preemption, Circular Wait
• Strategien zur Deadlock-Vermeidung: Vermeidung, Verhinderung, Erkennung und Behandlung
• Vermeidungsalgorithmen: Banker's Algorithm
• Verhinderungsmethoden: Ressourcenhierarchie einhalten, keine Ressource mehrfach anfordern
• Erkennung: Ressourcen-Allokationsgraph analysieren
• Behandlung: Prozesse forcieren, Ressourcen freigeben, System neu starten

Partitionierung und Paging

Definition:

Techniken zur Verwaltung des Speicherplatzes.

Details:

• Partitionierung: Aufteilung des Speicherbereiches in feste oder variable Partitionen.
• Paging: Teilung des Speicherbereiches in gleich große Seiten (Pages).
• Partitionierung: Erlaubt feste Zuordnung von Speichersegmenten -> einfache Implementierung, aber unflexibel und kann zu Fragmentierung führen.
• Paging: Nutzt Seitentabellen (\textit{Page Tables}) zur Verwaltung -> höhere Flexibilität und effizienter Umgang mit Fragmentierung.
• \textbf{Formeln:}
• Seitenadresse = \textit{page number} + \textit{offset}
• \textit{Effektive Adresse} = \textit{Basisadresse} + \textit{Offset}

Virtueller Speicher

Definition:

Virtueller Speicher ist eine Speicherverwaltungstechnik, bei der der physische Speicher und der Adressraum eines Prozesses voneinander abstrahiert werden.

Details:

• Ermöglicht größeren Adressraum als physischer Speicher.
• Verwendet Seiten (Pages) zur Speicherverwaltung.
• Seitenersetzungsstrategien: FIFO, LRU, etc.
• Seitentabellen zur Übersetzung von virtuellen zu physischen Adressen.
• Adresslayout: Logisch -> Virtuell -> Physisch.
• Verhindert Fragmentierung durch logisch zusammenhängende Adressräume.
• Anwendungsbeispiel: Swapping bei ungenügendem physischem Speicher.

Dateisystemarchitekturen (z.B. FAT, NTFS)

Definition:

Dateisystemarchitekturen definieren die Art und Weise, wie Dateien auf einem Datenträger organisiert und verwaltet werden.

Details:

• FAT (File Allocation Table): Einfaches Dateisystem, unterstützt von nahezu allen Betriebssystemen. Variationen: FAT12, FAT16, FAT32.
• NTFS (New Technology File System): Erweitertes Dateisystem von Microsoft, unterstützt große Dateien, Sicherheitsfunktionen und Datei-Streams.
• ext (Extended File System): Standard-Dateisystem für Linux, Variationen: ext2, ext3, ext4.

Authentifizierung und Autorisierung

Definition:

Authentifizierung: Überprüfen der Identität; Autorisierung: Berechtigungsvergabe.

Details:

• Authentifizierung: Nutzung von Passwörtern, Tokens, biometrischen Daten
• Autorisierung: Kontrolle von Zugriffsrechten nach erfolgreicher Authentifizierung
• Mechanismen: ACLs (Access Control Lists), RBAC (Role-Based Access Control)
• Sicherheit: Schützen von Ressourcen durch geeignete Maßnahmen
• Formeln: Hash-Funktionen zur sicheren Passwortspeicherung, z.B. H(p) für Passwort p

Protokollstapel (OSI und TCP/IP)

Definition:

Protokollstapel sind Schichtenmodelle, die zur Strukturierung von Netzwerkprotokollen verwendet werden. OSI-Modell hat 7 Schichten, TCP/IP-Modell hat 4 Schichten.

Details:

• OSI-Modell: Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Sitzungsschicht, Transportschicht, Netzwerkschicht, Sicherungsschicht, Bitübertragungsschicht
• TCP/IP-Modell: Anwendungsschicht, Transportschicht, Internetschicht, Netzzugangsschicht
• Schichten in Protokollstapeln abstrahieren und kapseln Netzwerkfunktionen