Betriebssysteme I (2015)

Wintersemester 2015/16 Prof. Dr. Andreas Polze
Dipl.-Inf. Bernhard Rabe

Inhalt der Vorlesung

Die Lehrveranstaltung konzentriert sich auf Standard-Betriebssysteme (general-purpose operating systems) und diskutiert deren Techniken und Ansätze an verschiedenen Beispielen.

Auf diesen Seiten finden Sie Unterlagen zu den Vorlesungen, die laufend ergänzt werden. Insbesondere finden Sie einige Foliensätze, die über das in der Vorlesung gezeigte Material hinausgehen.

Als Teilnehmer der Lehrveranstaltung sind Sie berechtigt Kopien der Unterlagen für Ihre eigene Verwendung anzufertigen. Jegliche Vervielfältigung und Nachnutzung der Unterlagen in elektronischer oder gedruckter Form bedürfen der schriftlichen Zustimmung des Autors.

Klausureinsicht

Mittwoch 16.03.2016 in C-1 Eine Voranmeldung per E-Mail bis 24h vor der gewünschten Einsicht erforderlich! Der Termin kann jedoch nicht garantiert werden.

Der Leistungserfassungsprozess ergibt sich aus der erfolgreichen Lösung jedes Übungsblattes mit mind. 50% der Punkte sowie einer schriftlichen Abschlussprüfung.

Ablauf der Lehrveranstaltung

Die Vorlesung wird auf deutsch gehalten. Die Folien liegen in englischer Sprache vor.

Unit 1: Overview of Operating Systems

1. Windows Operating System Internals Course Overview
2. The Evolution of Operating Systems
3. Windows Operating System Family – Concepts & Tools

Unit 2: Operating System Principles

1. Structuring of the Windows Operating System
2. Structuring of the Unix Operating System
3. Windows Core System Mechanisms
4. Windows on Windows - OS  Personalities
5. The Windows API Naming Conventions, Types
6. OS Principles labs, and quizzes

Unit 3: Concurrency

1. Concurrency, Critical Sections, Semaphores
2. Windows Trap Dispatching, Interrupts, Synchronization
3. Advanced Windows Synchronization
4. Windows APIs for Synchronization and Inter-Process Communication
5. Concurrency quizzes

Unit 4: Scheduling and Dispatch

1. Concept of Processes and Threads
2. Windows Processes and Threads
3. Windows Process and Threads Internals
4. Windows Thread Scheduling
5. Advanced Windows Thread Scheduling
6. Scheduling quizzes
7. Scheduling labs

Unit 5: Memory Management

1. Memory Management for Multiprogramming
2. Windows Memory Management Fundamentals
3. Virtual Adress Translation
4. Physical Memory Management
5. Memory Management Demos
6. Memory Management Quizzes
7. Memory Management Labs

Unit 7: Security and Protection

1. The Security Problem
2. Windows Security Components and Concepts
3. Windows Security Descriptors
4. The OSF Distributed Computing Environment (DCE) and Kerberos
5. Security Labs
6. Security Quizzes

Unit OS-D: Overview of Operating Systems

1. Windows Operating System Family - Windows Vista Update
2. Windows 7 and Windows Server 2008 R2 Kernel Changes
3. Pushing the Limits of Windows

Übung

Bei Fragen oder Anmerkungen zur Übung schreiben Sie uns bitte eine E-Mail.

0. Aufgabe

13.10.2015 (Fertigstellung bis zur Ausgabe von Aufgabenblatt 1)

• Melden Sie sich beim Abgabesystem über den HPI OpenID Provider für die Übungsaufgaben an und abonniern den Kurs Betriebssysteme I. Finden Sie 2 Mitstreiter mit denen Sie die Übung als Gruppe absolvieren.

1. Aufgabe

29.10.2015 (Vorstellung bei Ihrem Tutor bis zum 12.11.2015)

• Termine für Testate an der Pinwand in C-1. Eintragen bis 02.11.2014 15:00 Uhr
• Aufgabenblatt 1
• Folien zur Übung
• Windows Programmrahmen
• Beispielprogramme

2. Aufgabe

15.11.2015 (Vorstellung bei Ihrem Tutor bis zum 01.12.2015)

• Aufgabenblatt 2
• Folien zur Übung
• Beispielprogramme

3. Aufgabe

01.12.2015 (Vorstellung bei Ihrem Tutor bis zum 15.12.2015)

• Aufgabenblatt 3
• Programmrahmen Aufgabe 3.2
• Programmrahmen Aufgabe 3.4 Windows Linux
• Folien zur Übung Bitte die Hinweise zu den Testmaschinen beachten.

4. Aufgabe

15.12.2015 (Vorstellung bei Ihrem Tutor bis zum 21.01.2016)

• Aufgabenblatt 4
• Folien zur Übung
• Programmrahmen Aufgabe 4.4 Das Testprogramm ist in dieser Form richtig und muss nicht angepasst werden.
• InstantLab Webseite (Link zu bs1.instantlab.org nicht mehr verfügbar)

5. Aufgabe

21.01.2016 (Vorstellung bei Ihrem Tutor bis zum 04.02.2016)

• Aufgabenblatt 5
• Programmrahmen Aufgabe 5.2 Das Testprogramm (aufg52.c) ist in dieser Form richtig und muss nicht angepasst werden.
• InstantLab Experiment
• Folien zur Übung inkl. erweitertem Second Chance Teil

Literaturhinweise

General Concepts

• J. Bonwick, “The slab allocator: an object-caching kernel memory allocator,” in USENIX Technical Conference (USENIX), 1994, pp. 6–6. [Link]
• Intel Corporation, Intel Architecture Software Developer’s Manual, Volume 3a: System Programming. 2010.
• A. Silberschatz, P. Baer Galvin , and G. Gagne, Operating System Concepts, 8th ed. John Wiley Sons, 2008. [Link]
• W. Stallings, Operating Systems: Internals and Design Principles, 7th ed. Prentice Hall, 2011.
• A. S. Tanenbaum, Distributed Operating Systems. Prentice Hall, 1995.

History

• D. Donald Miller, OpenVMS Operating System Concepts, 2nd ed. Elsevier, 1997. [Link]
• D. M. Ritchie and K. Thompson, “The UNIX time-sharing system,” Communications of the ACM, vol. 17, no. 7, pp. 365–375, Jul. 1974. [Link]
• D. M. Ritchie, “The Evolution of the UNIX Time-Sharing System,” Lecture Notes in Computer Science (LNCS), no. 79, pp. 1577–1594, 1980. [Link]
• G. Pascal Zachary, Show-stopper!: the breakneck race to create Windows NT and the next generation at Microsoft. University of Michigan, 1994. [Link]

Tools

• Microsoft, “Windows Sysinternals Tools.”. [Link]

Windows Internals

• H. Custer, Inside Windows NT. Microsoft Press, 1993. [Link]
• J. M. Hart, Windows System Programming, 4th ed. Addison-Wesley Professional, 2010.
• M. E. Russinovich and D. A. Solomon, Windows Internals, 6th ed. Microsoft Press Corp., 2012.
• A. Schmidt, “Queued Spinlocks in the WRK.”. [Link]

Unix Internals

• W. Richard Stevens and S. A. Rago, Advanced Programming in the UNIX Environment, 2nd ed. Addison-Wesley Professional, 2005.

Weitere Literaturstellen:

• Sysinternals Webseite technet.microsoft.com/de-de/sysinternals/
• (CRK) Tools
• Curriculum Resource Kit Website
  Link nicht mehr erreichbar: https://web.archive.org/web/20110930141613/http://www.microsoft.com/resources/sharedsource/default.mspx
• NT Design Workbook (von 1989!)
• Mark A.Russinovich/David A. Solomon, "Windows Internals", 4th Edition, MS Press 2005.
• David A. Solomon/Mark E. Russinovich, "Inside Windows 2000", 3rd Edition, MS Press, 2000.
• John Hart, Win32 System Programming, Addison-Wesley, 1997.
• Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin, "Operating System Concepts", John Wiley & Sons, 6th Ed., 2003;
  Webseite zu diesem Buch unter os-book.com
• Gary Nutt, "OS Projects using Windows NT", Addison-Wesley, 1999.
• Helen Custer, "Inside Windows NT", MS Press, 1993.
• Andrew S. Tanenbaum, "Distributed Operating Systems", Prentice Hall, 1995.
• Dennis M. Ritchie, "The Evolution of the Unix Time-sharing System"