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Hors t Wettstein m io-[0pmr JE U de Betriebs- ESäiclule I Horst Wettstein - Aufbau und Struktur von Betriebssystemen e st.Gallen: fün r WEHA STS enosftcsh- afutne n Eintiothele‘ Horst Wettstein Aufbau und Struktur von Betriebssystemen Mit 209 Abbildungen Carl Hanser Verlag München Wien 1978 a A En Oz HL e® FH. =) en” Ga FU ae Der Autor: Prof. Dr.-Ing. Horst Wettstein ist Inhaber des Lehrstuhls für Informatik Il (Betriebssysteme) an der Universität Karlsruhe CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Wettstein, Horst Aufbau und Struktur von Betriebssystemen. — 1. Aufl. - München, Wien : Hanser, 1978. ISBN 3-446-12584-1 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teile daraus vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestal- tung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. © Carl Hanser Verlag München Wien 1978. Gesamtherstellung: Georg Wagner, Nördlingen Printed in Germany Vorwort Betriebssysteme gehören heutzutage zu einer Datenverarbei- tungsanlage wie das Salz in die Suppe. Dies gilt ganz selbstverständlich für große Dienstleistungsrechner mit z.B. zahlreichen angeschlossenen Dialogstationen. Aber auch von kleinen Mini- und Mikrorechnern erwartet man eine gewisse Betriebs-, Bedienungs- oder Funktionsunterstützung. Damit ist das weite Einsatzfeld von Betriebssystemen abgesteckt. Umfangsmäßig kann dies von wenigen hundert bis zu einigen hunderttausend Befehlen reichen. So sehr sich aber im einzelnen zwei Betriebssysteme im Umfang unterscheiden können, so sehr gleichen sich andererseits die Mechanismen. Sicherlich enthält ein kleineres Betriebssy- stem lediglich eine Teilmenge der Funktionen, die in einem großen Betriebssystem notwendig sind; jedoch unterscheiden sich diese vorhandenen Funktionen kaum voneinander. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für Vergleiche zwischen den "klassischen" Einteilungen in technisch-wissenschaftliche, kommerzielle und Echtzeitrechner. Aus diesem Grunde ist es wenig sinnvoll, Betriebssysteme für Anlagen bestimmter Größe oder bestimmter Anwendungsbe- reiche zu studieren. Nützlicher ist es vielmehr, die einzelnen Komponenten in ihren verschiedenen Erscheinungs- formen zu betrachten und deren mögliche Verwendung in einer bestimmten Umgebung zu Sehen. Dies ist der diesem Buch zu Grunde liegende Orientierungsgedanke. Das Buch konzentriert sich bewußt auf Betriebssysten- strukturen, d.h. auf Funktion, Organisation und Konstruk- tion von Betriebssystemen. Disziplinen wie Warteschlangen- theorie, Theorie der Ablaufplanung u.ä., die im Rahmen von Betriebssystemen ebenfalls zur Anwendung kommen, werden nicht benandelt. Sie könnten aus Platzgründen nur recht oberflächlich in Erscheinung treten, was ihrer Bedeutung aber nur unvollkommen gerecht würde. Man sollte daher zu diesen Themen eher die Spezialliteratur zu Rate ziehen, die die entsprechenden Gebiete erschöpfend abhandelt und damit einen fundierten Eindruck vermittelt. Die Komponenten eines Betriebssystems hängen in mancherlei weise voneinander ab. Dies wirft die nicht ganz leicht zu beantwortende Frage nach der Reihenfolge der Behandlung dieser Komponenten auf. Eine naheliegende Vorgehensweise wäre etwa, z.B. einen Benutzerauftrag auf seinem Weg durch das Betriebssystem zu verfolgen und der Reihe nach die angelaufenen Komponenten zu betrachten. Dies könnte z.B. bei einer Betriebsumgebung, wie sie typischerweise in einem Dienstleistungsrechenzentrum vorliegt, eine jeweils 6 Vorwort sinnvolle Begründung liefern. Andererseits fehlt aber bei einer dedizierten statischen Anwendung der typische von außen kommende Auftrag. Deshalb wird hier ein anderer Weg beschritten, u.z. wird gewissermaßen ein allumfassendes Betriebssystem von den innersten Mechanismen, die praktisch immer vorhanden sein müssen, stufenweise auf- und ausgebaut. Der Leser kann sich vorstellen, daß er (tast) nach jedem Kapitel in die Lage versetzt sein soll, ein Betriebssystem einer nächsten Leistungsstufe zu erstellen. Dieser Aufbau wird im ersten Kapitel u.a. auch illustriert. Der Stoff dieses Buches ist in den letzten fünf Jahren aus meinen Vorlesungen an der Fakultät für Informatik der Universtät Karlsruhe hervorgegangen. Die Niederschrift hat sich im Verlaufe dieser Zeit mehrfach verändert, ist neu abgefaßt und auch neu gegliedert worden. Dies weniger deshalb, weil etwa neue Mechanismen aufgekommen wären, sondern weil die vorhandenen "ausreiften", Strukturen neu reflektiert, Zusammenhänge erkannt, Funktionen und Strategien angeglichen wurden. Es ist zu erwarten, daß sich dieser Prozeß auch über das Erscheinen dieses Buches hinaus fortsetzt, so daß spätere Auflagen entsprechend zu überarbeiten sein werden. Das Fortschreiben eines Textes ist heute mit Computerun- terstützung sehr leicht möglich. So ist auch der Text dieses Buches im Computer gespeichert. Er kann jederzeit über Dialogstationen korrigiert, moditiziert oder ergänzt werden. Die vorliegende Fassung ist mit einem Ediersystem der DV-Anlage surroughs 7700 der Universität Karlsruhe aufbereitet (Seıtenteilung, Bildeinschübe, Randausgleich u.ä.) und aut einem Diablo-Terminal abgedruckt worden. Mit dieser Technik ist eine akzeptable Wiedergabe möglich. Im Detail müssen natürlich gewisse Abstriche gemacht werden. So ist bespielsweise kein Kursiv- oder Fettdruck möglich, was nur teilweise durch andere Methoden (z.B. Unterstrei- chung) ersetzt werden kann. Da außerdem der Zeichenvorrat begrenzt ist, müssen manche Sonderzeichen aus anderen Zeichen zusammengesetzt werden. Ich hoffe, daß dies den verwöhnten Leser nicht allzusehr stören wird. Ich möchte allen danken, die mitgeholfen haben, diesen Text erstmalig in den Computer einzugeben. Das sind insbesondere meine Sekretärin, Frau Erika Whiteman, meine Mitarbeiter Frau Gabriele Mayr und Herr Dieter Pampel sowie die Studenten Frl. Roswitha Breitbach und Herr Han Tranduong. Frau Mayr gebührt Dank für die Erstellung der zahlreichen Abbildungen, die sie mit unendlicher Geduld auch immer wieder korrigiert oder neu gefaßt und angepaßt hat. Meinen wissenschaftlichen Mitarbeitern, den herren Dipl.-Ing. Heinz Bender, Dr. Hans vor der Brück, Dipl.-Math,. Gerd Lie£fländer und Dr. Günter Merbeth ist Dank zu sagen für die zahlreichen Diskussionen bei vielen Gelegenheiten, die Vorwort 7 letztlich doch immer wieder befruchtend auf die Gestaltung und Abrundung des Stoffes gewirkt haben. Schließlich möchte ich dem Carl Hanser Verlag danken für die Übernanme des Textes in der computereditierten Form, was sıch nicht unbedeutend aut den Preis des Buches auswirkt, nicht zuletzt auch für die vorpildliche Unterstützung bei der Lösung einiger technischer Probleme. Möge der Leser Nutzen aus der Lektüre dieses Buches ziehen. Karlsruhe, im Frühjahr 1978 Horst Wettstein