Fritzsche: Betriebssysteme

Inhalt
Einführung
Was ist ein Betriebssystem?
Konzepte, Strukturen und Klassifizierung von Betriebssystemen
Grundlagen (Windows 2000/XP)
Architektur
2.2 Dateiverwaltung
Programme und Prozesse
Kommunikation zwischen Prozessen
2.4 Netzwerkbetrieb/Netzwerkprotokolle
3 Anpassung der Arbeitsumgebung
3.1 Systemstart
3.2 Desktop-Anpassung
3.3 Windows-Komponenten verwalten
3.4 Installation und Nutzung von Anwendungsprogrammen
3.5 Betriebssystem-Einstellungen ändern
4 Dienste
4.1 Dienste verwalten
4.2 Die Microsoft Management Console (MMC)
4.3 Drucken
4.4 Systemüberwachung
5 Verteilte Betriebssysteme
5.1 Kommunikation in verteilten Systemen
Netzwerkkomponenten und -einstellungen
Netzwerkeinstellungen ändern
5.4 Internetzugang
5.5 MS Internet Explorer konfigurieren
6 Mehrnutzerbetrieb und Benutzerverwaltung
6.1 Konzept der Benutzerverwaltung
6.2 Authentifizierung und Sicherheit
6.3 Benutzer und Gruppen verwalten
6.4 Richtlinien und das Active Directory
7 Kommandointerpretation und Batch-Dateien
8 Datensicherung
8.1 Sicherungsarten
8.2 Manuelle und regelmäßige Datensicherung
8.3 Wiederherstellen von Sicherungen
Literatur
Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen / Universität Hannover
Windows 2000 Professional, Eine Einführung in die PC-Benutzung
http://www.rrzn.uni-hannover.de, 1. Auflage, Februar 2000
Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen / Universität Hannover
Windows 2000 Professional, Systembetreuer: Workstation
http://www.rrzn.uni-hannover.de, 1. Auflage, November 2000
S. Tanenbaum
Moderne Betriebssysteme.
Carl Hanser u. Prentice-Hall, 1994
P. Mandl
Grundkurs Betriebssysteme
Vieweg-Verlag, 2008
M. Kuppinger
Microsoft Windows 2000 Server – Das Handbuch
Microsoft Press Deutschland, 2000
ISBN 3-86063-133-0
U. Brünning, J. Krause
Windows 2000 im professionellen Einsatz
Carl Hanser Verlag, 2000
K. Heidl
Windows 2000 Professional
Markt & Technik Verlag, 2000
R. Hattenhauer
Das große Buch Knoppix
Data Becker
ISBN 3-8158-2519-9
Christian Immler
Knoppix 4.0
Franzis Verlag, 2006
Einführung
Was ist ein Betriebssystem?
Die Software eines Computers kann grob in Systemsoftware und Anwendersoftware unterteilt werden. Während Systemprogramme der Verwaltung des Betriebs des Computers dienen, lösen Anwendungsprogramme Probleme der Benutzer. Das grundlegendste Systemprogramm ist das Betriebssystem (BS).
Das Betriebssystem ermöglicht einem Benutzer die effektive Benutzung von Betriebsmitteln des Rechners (Prozessoren, Speichern, I/O-Geräten). Es hält viele Details seiner Arbeit vor den Benutzern verborgen und stellt sich so dem Benutzer als eine vereinfachte, relativ leicht bedienbare, sogenannte virtuelle Maschine dar. Zum Beispiel wird von Details der Dateiorganisation, wie dem Öffnen, Lesen, Schreiben und Schließen einer Datei oder der Stellung des Motors beim Zugriff auf die Festplatte abstrahiert.
Es kann untersucht werden, wie die virtuelle Maschine vom Nutzer benutzt werden kann (Top-down-Sicht) oder wie das BS die virtuelle Maschine realisiert (Bottom-up-Sicht).
Die Kommunikation des Nutzers mit dem BS kann über eine grafische Benutzeroberfläche, durch einen Dialog mittels einer Kommandosprache oder/und aus Anwendungsprogrammen durch Systemrufe erfolgen. Es existiert eine programmiersprachliche Schnittstelle zwischen BS und Anwendungsprogrammen (Programmiersprache C).
Ein Betriebssystem schließt heutzutage zunehmend Netzwerkfunktionalitäten ein. Ein Rechnersystem (RS) umfasst die Rechenanlage (Hardware) und das Betriebssystem.
Konzepte, Strukturen und Klassifizierung von Betriebssystemen
Die nachfolgend beschriebenen Konzepte können bezüglich ihres Entstehens zeitlich den Rechnergenerationen zugeordnet werden.
Multiprogramming Das Konzept wurde mit Rechnern der 3. Generation eingeführt. In einem E/A-intensiven Programm auf einem Rechner der 2. Generation wartet die CPU die meiste Zeit auf die Beendigung von Ein-/Ausgaben, da sich zu einem Zeitpunkt immer nur ein Programm zur Abarbeitung im Hauptspeicher befindet. Das Problem der verschwendeten CPU-Zeit wurde gelöst, indem der Hauptspeicher in mehrere Teile geteilt wurde, so dass jeder Job (d.h. jedes Programm) seine eigene Partition besitzt. Wenn ein Job auf die Beendigung seiner E/A warten muss, kann die CPU zwischenzeitlich einen anderen Job bedienen. Wenn gleichzeitig genug Jobs im HS gehalten werden, kann die CPU nahezu 100 % ausgelastet werden.
Eine als Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line) bezeichnete Technik sorgte für das automatische Nachladen von Programmen aus einem Festplattenbereich in frei gewordene Hauptspeicher-Partitionen. In den Festplattenbereich können Programme zeitlich unabhängig vom Zeitpunkt der Verarbeitung aufgenommen (d.h. eingelesen) werden.
Trotz Multiprogramming und Spooling realisiert das BS eine im Grunde sequentielle Verarbeitung der Jobs, ein solcher Betrieb wird als Stapelverarbeitung bezeichnet.
Timesharing Es handelt sich um eine Variante des Multiprogramming, bei der eine Anzahl von Benutzern über ein Terminal online-Zugang zum System hat. Das BS bietet den Benutzern einen schnellen interaktiven Dienst an, kann aber zugleich im Hintergrund umfangreiche Stapeljobs verarbeiten, wenn die CPU sonst untätig wäre.
Task Jedes sich in Ausführung befindliche Programm wird als Task bzw. Prozess bezeichnet. Jede Task kann bei Nutzung der grafischen Benutzeroberfläche in einem separaten Fenster (Window) dargestellt werden.
Netzwerkbetriebssystem Auf jedem Rechner in einem Netzwerk arbeitet ein eigenes Betriebssystem. Die Benutzer eines Rechners können Zugang auf entfernte Rechner haben und sind sich dabei der Existenz vieler Rechner im Netzwerk bewusst.
Verteiltes Betriebssystem Aus Benutzersicht arbeitet ein „echtes“ verteiltes System (auch Netzwerkbetriebssysteme werden allerdings zu den verteilten Betriebssystemen gezählt) wie ein traditionelles Einprozessorsystem, es besteht aber aus vielen Prozessoren. Benutzer haben keine Kenntnis darüber, auf welchen Prozessoren Programme - evtl. sogar gleichzeitig - ausgeführt werden.
UNIX wurde als Multiprogramming- und Timesharing-Betriebssystem ab ca. 1969 entwickelt. Es ist ein Netzwerk-BS, das mehrere Aufgaben quasi gleichzeitig bearbeiten kann (Multitasking-Betrieb), und an dem mehrere Benutzer unter Wahrung von Integrität und Vertraulichkeit auf der Basis eines Zugriffsschutz-Modelles arbeiten können (Multiuser-Betrieb).
LINUX ist ein frei verfügbares UNIX-System mit zunehmender Bedeutung, das zunächst speziell für PCs entwickelt wurde. Der finnische Student Linus Torvalds schrieb die ersten Kernel-Teile für LINUX 1991 und gab den Programmcode frei.
Windows Der Bereich der Netzwerkbetriebssysteme wird von der Fa. Microsoft durch die Familie der Windows-NT-Systeme abgedeckt. Das Produkt Windows 2000 (W2K) hat Windows NT 4.0 abgelöst. Windows XP ist eine Weiterentwicklung von W2K. W2K ist ein Multiuser-/Multitasking-Betriebssystem, das für den Einsatz in Netzwerken gedacht und seit Februar 2000 im Einsatz ist. Das System gibt es in vier Varianten: Windows 2000 Professional als Variante für den Arbeitsplatz und die drei Varianten Windows 2000 Server, Advanced Server und Data Center Server, die Dienste in Netzwerken bereitstellen.
Grundlagen (Windows 2000/XP)
Architektur
Monolithisch aufgebaute Betriebssysteme bestehen aus einer Anzahl von Prozeduren, die sich gegenseitig aufrufen können. Systemrufe werden unterstützt und es kann zwischen Anwendermodus und Kernmodus (Prozessormodus) gewechselt werden.
Windows 2000 (und dessen Nachfolger Windows XP) basiert auf einer Architektur, die eine Kombination des Schichten- und des Client-Server-Modells darstellt. Das Schichtenmodell stellt hier die Unterteilung des Betriebssystems in unterschiedliche Schichten dar. In jeder Schicht existieren Module (Subsysteme), die unabhängig voneinander arbeiten. Ziel ist es, soviel wie möglich Funktionalität in höheren unterzubringen, unten bleibt ein Kern (kernel) übrig.
Der Kern von Windows 2000 setzt auf der HAL (Hardware Abstraction Layer) auf. Die HAL sorgt für die Portabilität von Windows 2000, d.h. die mögliche Übertragung auf unterschiedliche Hardware-Plattformen. Nicht in der HAL liegen Programme zur Betreibung von Geräten, die installiert und entfernt werden können (CD-ROM, Grafik-Karten usw.).
Es wird unterschieden zwischen Programmen, die im Prozessormodus arbeiten und Programmen, die im Anwendermodus arbeiten. So genannte Systemrufe schalten die Maschine in den Prozessormodus um.
Unter der Executive versteht man eine Reihe von Moduln, die im (privilegierten) Prozessormodus arbeiten. Programmfehler in Programmen aus Subsystemen, die im Anwendermodus arbeiten, können die Executive nicht beeinträchtigen. Die zur Executive gehörenden Moduln erfüllen die wichtigsten Aufgabenbereiche eines Betriebssystems:
Prozessverwaltung
Speicherverwaltung
Dateiverwaltung
Verwaltung der I/O-Geräte
Zur Executive gehören der Kernel, die HAL, der I/O-Manager, der Objektmanager, der Prozessmanager, der Sicherheitsmonitor, die Verwaltung des virtuellen Speichers, ein Kommunikationsmodul (Local Procedure Call) und die grafische Anzeige (enthält im wesentlichen den Window-Manager, die Platzierung im Kernel sorgt u.a. für die hohe Performance der Oberfläche). Der Speicher unter Windows 2000 wird als VMM (Virtual Memory Manager) verwaltet. Der Speicher ist aufgeteilt in RAM und einen virtuellen Auslagerungsspeicher. Der virtuelle Auslagerungsspeicher ist ein Festplattenbereich, der in Seiten organisiert ist. Windows 2000 unterstützt bis zu 2 GByte RAM, eine Ausstattung mit weniger als 128 MByte ist nicht zu empfehlen.
Im Anwendermodus arbeiten Systemprogramme, Windows-Dienste, Subsysteme und Applikationen.
Das CSR-Subsystem stellt eine Konsole zur Ein- und Ausgabe von Kommandos für die anderen Subsysteme bereit (Möglichkeit der Dialogführung mit dem BS).
VDM (Virtual DOS Machine) ist ein eigenes Subsystem für DOS- und 16-Bit-Windows-Programme.
Das Sicherheitssubsystem überprüft bei einer lokalen Anmeldung eines Benutzers die Anmeldeberechtigung und stellt dessen Berechtigungen im System fest. Für alle berechtigten Benutzer werden sog. Benutzerkonten angelegt.
Die Subsysteme für POSIX und OS/2 haben keine Bedeutung mehr. Das POSIX-Subsystem wurde entwickelt, um speziellen amerikanischen Anforderungen an Betriebssysteme zu entsprechen. Es ist in neueren Windows-Versionen nicht mehr enthalten. Das OS/2-Subsystem wird seit Windows 2000 nicht mehr unterstützt.
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