Betriebssystembau

Bei Fragen können Sie uns jederzeit eine E-Mail schreiben. Betreut wird Betriebssystembau von Christian Dietrich.

Inhalt der Vorlesung

Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung von konzeptionellen Grundlagen und wichtigen Techniken, die für den Bau eines Betriebssystems erforderlich sind. In den vorlesungsbegleitenden Übungen werden diese Kenntnisse praktisch angewendet, indem ein kleines PC-Betriebssystem in kleinen Arbeitsgruppen von Grund auf neu entwickelt wird. Um dies zu bewerkstelligen, sind fundierte Kenntnisse über Aufbau und Funktionsweise der PC-Hardware erforderlich, die ebenfalls in der Lehrveranstaltung vermittelt werden. Dabei werden gleichzeitig Grundlagen aus dem Betriebssystembereich wie Unterbrechungen, Synchronisation und Ablaufplanung, die aus anderen Veranstaltungen weitgehend bekannt sein sollten, wiederholt und vertieft.

Die Vorlesung umfasst folgende Themen:

• Grundlagen der Betriebssystementwicklung
• Unterbrechungen (Hardware, Software, Synchronisation)
• IA-32: Die 32-Bit-Intel-Architektur
• Koroutinen und Programmfäden
• Scheduling
• Betriebssystem-Architekturen
• Fadensynchronisation
• Gerätetreiber
• Interprozesskommunikation

Organisation und Inhalt der Übungen

Ziel der Übungen ist es, schrittweise ein kleines Betriebssystem für den PC zu entwickeln. Für die Bearbeitung der Übungsaufgaben werden Gruppen von je 2 Studierenden gebildet. Dabei gibt es zwei Varianten der Übung:

• OOStuBS ist die klassische Uniprozessorvariante
• MPStuBS ist die Variante für moderne Mehrkernrechner

In den Tafelübungen werden Fragen zum Stoff der Vorlesung geklärt und die Übungsaufgaben vorgestellt. Zusätzlich werden Hintergründe, die für die Aufgaben relevant sind, stärker beleuchtet (z.B. Hardware-Spezifika), Knackpunkte im Design und der Implementierung zusammen besprochen und Lösungen entwickelt. Da die Bearbeitung einer Aufgabe in der Regel zwei Wochen beansprucht, finden Tafelübungen nicht wöchentlich statt (siehe Semesterplan).

Die Teilnahme an den Übungen, sowie die Abgabe der Übungsaufgaben ist in diesem Semester optional, allerdings wird beides stark empfohlen.

Technische Infrastruktur

Aufgrund der aktuellen Lage sind die Computerpools nicht zugänglich, daher sind hier die Möglichkeiten an die Infrastruktur und Software zu kommen ausgelistet:

• Fernzugrgriff auf den Linux-Pool
• Konsole per SSH
• Graphische Oberfläche per X2Go
• Installation der Software auf einem eigenen PC

Auch wenn die Computerpools gerade nicht zugänglich sind, sind wir für auftauchende Fragen und Probleme da. Weiteres wird in der Übung und Vorlesung bekannt gegeben.

Eigener PC

Für die Installation auf dem eigenen PC wird folgende Software benötigt:

• QEMU (qemu, qemu-system-x86, qemu-kvm)
• GCC (build-essentials, binutils, gcc-multilibs, g++)
• nasm

Für Ubuntu (20.04):

apt install nasm qemu qemu-system-x86 qemu-kvm build-essential binutils gcc-multilib g++

Vorläufiger Semesterplan

KW	Montag	Di 12:15	Fr 12:15	Fr 13:45	Späteste Abgabe
KW14	05. April	VL1Einführung	Ü0C++	RÜ
KW15	12. April	VL2BS-Entwicklung	Ü1Ein-/Ausgabe	RÜ
KW16	19. April	RÜ	RÜ	RÜ
KW17	26. April	VL3IRQs (Hardware)	Ü2IRQ-Behandlung	RÜ	A1Abgabe 1
KW18	03. Mai	VL4IRQs (Software)	RÜ	RÜ
KW19	10. Mai	Pfingsten
KW20	17. Mai	VL5IRQs (Synchronisation)	Ü3IRQ-Synchronisation	RÜ	A2Abgabe 2
KW21	24. Mai	VL6Intel IA-32	RÜ	RÜ
KW22	31. Mai	VL7Koroutinen und Fäden	Ü4Fadenumschaltung	RÜ	A3Abgabe 3
KW23	07. Juni	RÜ	RÜ	RÜ
KW24	14. Juni	VL8Scheduling	Ü5Zeitscheiben-Scheduling	RÜ	A4Abgabe 4
KW25	21. Juni	VL9Architekturen	RÜ	RÜ
KW26	28. Juni	VL10Fadensynchronisation	Ü6Fadensynchronistion	RÜ	A5Abgabe 5
KW27	05. Juli	VL11Gerätetreiber	RÜ	RÜ
KW28	12. Juli	VL12Ausblick	Ü7Anwendung (opt)	RÜ	A6Abgabe 6

Die optionale Übung 0 bietet eine kurze Einführung in betriebssystemspezifisches C++. Die Abgabe findet in den Rechnerübungen durch gemeinsame Diskutieren der Lösung statt.

Vorkenntnisse

• Grundlagen aus dem Betriebssystembereich wie Unterbrechungen, Synchronisation und Ablaufplanung aus früheren Veranstaltungen (Betriebssysteme)
  • Wiederholung und Vertiefung in Vorlesung und Übung
• C / C++ und Assembler (x86)
  • Betriebssystemspezifische Inhalte werden in den Übungen vermittelt.
  • Hilfe bei Bedarf

Evaluation

• SS23 • Übung • Evaluation (PDF) • Bewertung: 1.4
• SS23 • Vorlesung • Evaluation (PDF)
• SS22 • Vorlesung • Evaluation (PDF)
• SS21 • Vorlesung • Evaluation (PDF) • Bewertung: 1.4

Anmeldung und weitere Infos

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