Komponenten von Operating Systems
Nathaniel Brooks
⚡ Intelligente Zusammenfassung
Die Komponenten eines Betriebssystems sind die Kernmodule, die Dateien, Prozesse, Ein- und Ausgabegeräte, Speicher, Datenspeicher, Sicherheit und Netzwerk verwalten und zusammenarbeiten, um Programme auszuführen und Hardware-Ressourcen effizient zu teilen.
Was sind Betriebssystemkomponenten?
Ein Betriebssystem ist ein großes und komplexes System, das nur durch die Aufteilung in kleine Teile entstehen kann. Diese Teile sollten klar definierte Systembereiche mit präzise festgelegten Ein- und Ausgaben sowie Funktionen darstellen.
Obwohl Mac, Unix, Linux, WindowsObwohl andere Betriebssysteme nicht die gleiche Struktur aufweisen, teilen sich die meisten Betriebssysteme ähnliche Systemkomponenten wie Datei-, Prozess-, Speicher- und E/A-Geräteverwaltung.
Sehen wir uns jede dieser Komponenten im Detail an.
Dokumentenverwaltung
Eine Datei ist eine Zusammenstellung zusammengehöriger Informationen, die von ihrem Ersteller definiert wird. Sie repräsentiert üblicherweise Programme (Quellcode und Objektcode) sowie Daten. Datendateien können numerisch, alphabetisch oder alphanumerisch sein.
Funktionen der Dateiverwaltung im Betriebssystem
Das Betriebssystem hat folgende wichtige Tätigkeiten im Zusammenhang mit der Dateiverwaltung:
- Erstellen und Löschen von Dateien und Verzeichnissen.
- Bearbeiten von Dateien und Verzeichnissen.
- Karteping Dateien auf Sekundärspeicher.
- Dateien auf permanenten Speichermedien sichern.
Prozessmanagement
Die Prozessmanagementkomponente ist ein Verfahren zur Verwaltung der vielen Prozesse, die gleichzeitig auf dem Betriebssystem ausgeführt werden. Jede Softwareanwendung hat während ihrer Ausführung einen oder mehrere zugehörige Prozesse.
Zum Beispiel, wenn Sie einen Browser wie verwenden Google ChromeFür dieses Browserprogramm läuft ein Prozess. Auch das Betriebssystem hat viele Prozesse am Laufen, die verschiedene Funktionen ausführen.
Alle diese Prozesse sollten durch ein Prozessmanagementsystem gesteuert werden, das für einen effizienten Ablauf sorgt. Es nutzt außerdem den ihnen zugewiesenen Speicher und beendet die Prozesse bei Bedarf.
Die Ausführung eines Prozesses muss sequenziell erfolgen, daher muss mindestens eine Anweisung im Namen des Prozesses ausgeführt werden.
Funktionen des Prozessmanagements im Betriebssystem
Folgendes sind die Prozessmanagementfunktionen in einem Betriebssystem:
- Erstellen und Löschen von Prozessen.
- Aussetzung und Wiederaufnahme.
- Prozesssynchronisation.
- Prozesskommunikation.
E/A-Geräteverwaltung
Eine der wichtigsten Funktionen eines Betriebssystems besteht darin, dass es dabei hilft, die Unterschiede bestimmter Hardwaregeräte vor dem Benutzer zu verbergen.
Funktionen des I/O-Managements im Betriebssystem
- Es bietet ein Puffer-Caching-System.
- Es stellt allgemeinen Gerätetreibercode bereit.
- Es bietet Treiber für bestimmte Hardwaregeräte.
- I/O hilft Ihnen, die Besonderheiten eines bestimmten Geräts kennenzulernen.
Netzwerkmanagement
Netzwerkmanagement ist der Prozess der Verwaltung und des Managements von Computernetzwerken. Es umfasst Leistungsmanagement, Fehleranalyse, Bereitstellung von Netzwerken und Aufrechterhaltung der Servicequalität.
Ein verteiltes System ist eine Sammlung von Computern/Prozessoren, die weder Speicher noch Taktgeber gemeinsam nutzen. In einem solchen System verfügt jeder Prozessor über einen eigenen lokalen Speicher und kommuniziert über unterschiedliche Kommunikationsleitungen, beispielsweise Glasfaser- oder Telefonleitungen.
Die Computer im Netzwerk sind über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden, das auf verschiedene Weise konfiguriert werden kann. Mit Hilfe des Netzwerkmanagements kann das Netzwerk vollständig oder teilweise verbunden werden, was Benutzern hilft, Routing- und Verbindungsstrategien zu entwerfen, die Verbindungs- und Sicherheitsprobleme überwinden.
Funktionen des Netzwerkmanagements
- Verteilte Systeme ermöglichen die Nutzung verschiedener Computerressourcen hinsichtlich Größe und Funktion. Dazu gehören Mikroprozessoren, Minicomputer und viele Allzweck-Computersysteme.
- Ein verteiltes System bietet dem Benutzer auch Zugriff auf die verschiedenen Ressourcen, die das Netzwerk gemeinsam nutzt.
- Es hilft beim Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen, die die Rechengeschwindigkeit erhöhen oder die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Daten gewährleisten.
Hauptspeicherverwaltung
Der Hauptspeicher ist ein großes Speicherarray aus Bytes, von denen jedes eine Adresse besitzt. Die Speicherverwaltung erfolgt durch eine Abfolge von Lese- oder Schreibvorgängen auf bestimmte Speicheradressen.
Um ein Programm auszuführen, muss es absoluten Adressen zugeordnet und in den Speicher geladen werden. Die Wahl der Speicherverwaltungsmethode hängt von verschiedenen Faktoren ab.
Es basiert jedoch hauptsächlich auf dem Hardware-Design des Systems. Jeder Algorithmus benötigt entsprechende Hardwareunterstützung. Der Hauptspeicher bietet schnellen Speicherplatz, auf den die CPU direkt zugreifen kann. Er ist kostspielig und hat daher eine geringere Speicherkapazität. Damit ein Programm ausgeführt werden kann, muss es sich jedoch im Hauptspeicher befinden.
Funktionen der Speicherverwaltung im Betriebssystem
Ein Betriebssystem führt folgende Funktionen zur Speicherverwaltung aus:
- Es hilft Ihnen dabei, zu behalten track des Primärspeichers.
- Es legt fest, welcher Teil von wem genutzt wird und welcher Teil nicht genutzt wird.
- In einem Multiprogrammsystem entscheidet das Betriebssystem, welcher Prozess wie viel Speicher erhält.
- Der Speicher wird zugewiesen, wenn ein Prozess ihn anfordert.
- Außerdem wird der Speicher freigegeben, wenn ein Prozess ihn nicht mehr benötigt oder beendet wurde.
Sekundärspeicherverwaltung
Die wichtigste Aufgabe eines Computersystems ist die Ausführung von Programmen. Diese Programme müssen sich zusammen mit den Daten, auf die sie zugreifen, während der Ausführung im Hauptspeicher befinden.
Der Arbeitsspeicher des Computers ist zu klein, um alle Daten und Programme dauerhaft zu speichern. Das Computersystem bietet daher einen externen Speicher zur Datensicherung. Moderne Computer verwenden heutzutage Festplatten/SSDs als primären Speicher für Programme und Daten. Die Verwaltung des externen Speichers funktioniert aber auch mit Speichermedien wie USB-Sticks und CD/DVD-Laufwerken.
Programme wie Assembler und Compiler werden auf der Festplatte gespeichert, bis sie in den Arbeitsspeicher geladen werden und dann die Festplatte als Quelle und Ziel für die Verarbeitung nutzen.
Funktionen der Sekundärspeicherverwaltung im Betriebssystem
Hier sind die wichtigsten Funktionen der Sekundärspeicherverwaltung im Betriebssystem:
- Speicherzuweisung
- Freiraumverwaltung
- Festplattenplanung
Sicherheitsmanagement
Die verschiedenen Prozesse eines Betriebssystems müssen voneinander isoliert werden. Zu diesem Zweck können verschiedene Mechanismen eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass Prozesse, die auf Dateien, Speicher, CPU und andere Hardware-Ressourcen zugreifen möchten, die entsprechende Berechtigung vom Betriebssystem erhalten.
Beispielsweise hilft Hardware zur Speicheradressierung dabei, sicherzustellen, dass ein Prozess innerhalb seines eigenen Adressraums ausgeführt werden kann. Das Timing gewährleistet, dass kein Prozess die Kontrolle über die CPU behält, ohne sie freizugeben.
Schließlich ist es keinem Prozess erlaubt, eigene Ein-/Ausgabeoperationen durchzuführen, was dazu beiträgt, die Integrität der verschiedenen Peripheriegeräte zu wahren.
Andere wichtige Aktivitäten
Hier sind einige weitere wichtige Aktivitäten eines Betriebssystems:
- Das Benutzerprogramm kann keine E/A-Operationen direkt ausführen. Das Betriebssystem sollte hierfür ein geeignetes Medium bereitstellen.
- Das Betriebssystem prüft die Fähigkeit des Programms, Dateien zu lesen, zu schreiben, zu erstellen und zu löschen.
- Das Betriebssystem ermöglicht den Informationsaustausch zwischen Prozessen, die auf demselben oder auf verschiedenen Systemen ausgeführt werden.
- Die Komponenten des Betriebssystems tragen dazu bei, dass ein korrektes Rechenergebnis erzielt wird, indem sie Fehler in der CPU- und Speicherhardware erkennen.
