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# Betriebssystemkerne
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> Gute **Architektur** sagt und _warum_ etwas getan wurde.
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> Nicht _wie_ und nicht _wann_ und _wer_.
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## Der Betriebssystemkern
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- Enthält grundlegende Funktionen des Betriebssystems
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- Systemaufrufe
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- Benutzerverwaltung
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- Prozessverwaltung inklusive Ausführungsreihenfolge ([Scheduling](06_prozessstruktur.md#zeitliche-ausf-hrung-von-prozessen))
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- Interprozesskommunikation
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- Prozessumschalter ([Dispatcher](06_prozessstruktur.md#zeitliche-ausf-hrung-von-prozessen))
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- Gerätetreiber
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- [Speicherverwaltung](06_prozessstruktur.md#prozesse-im-speicher)
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- Dateisysteme zur Verwaltung von Dateien auf Speicherlaufwerken
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- Ist die Schnittstelle zur Hardware des Computers
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- Funktionalitäten im BS-Kern haben vollen Hardwarezugriff
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- Funktionalitäten laufen als Prozess im Adressraum des Kerns
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- Funktionalitäten müssen nicht zwingend im Kern positioniert sein, sie können auch über Dienste bereitgestellt werden (Architektur)
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## Übersicht Betriebssystem
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### Betriebssystemkern
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- Der **Kernel-Bereich** ist privilegiert
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### Die Anwendungsschicht
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- Der **User-Bereich** ist nicht privilegiert, kann aber darauf aufbauende Funktionalitäten bereitstellen
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- Zugriff auf die Hardware erfolgt alleinig durch die im _Kernel_ bereitgestellten Funktionalitäten (System-Calls)
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## Kernarten
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### Monolitische Kerne
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Ein Monolith enthält alle Funktionalitäten eines Betriebssystems
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| Pro | Con |
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|-------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
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| Bessere **Ausführungsgeschwindigkeit** da weniger _Prozesswechsel_ notwendig sind | Abgestürzte Komponenten des Kerns können nicht separat neu gestartet werden -> können das gesamte BS zum Absturz bringen |
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| Durch jahrelange Entwicklungstätigkeit ist eine gewachsene **Stabilität** vorhanden | |
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### Minimale Kerne (Microkernel)
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Hier befinden sich nur die nötigsten Funktionen im Kernel
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| Pro | Con |
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|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
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| Alle weiteren Funktionalitäten laufen als _Dienste_ bzw. _Server_ im User-Modus | Abgestürzte Komponenten des Kerns können nicht separat neu gestartet werden -> können das gesamte BS zum Absturz bringen |
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| Ausgelagerte Funktionalitäten sind leichter austauschbar, bietet bessere _Stabilität_ und _Sicherheit_ | |
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### Hybride Kerne
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Enthalten Komponenten, die, aus Geschwindigkeitsgründen, zusätzlich in den Kernel aufgenommen werden
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| Pro | Con |
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|-------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
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| höhere Geschwindigkeit als minimale Kerne | keine klare Definition, was in den Kernel integiert wird |
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| höhere Stabilität als monolithische Kerne | Systeme differieren stark -> kann zu einer fehlenden Unterstützung der Hardware- und Software-Hersteller führen |
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### Vergleich monolithischer Kern / minimaler Kern
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## Alternative Architekturen
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_Flaschenhals_ alle bestehenden Systeme liegt in ihren Schichtenmodellen
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- Anwendung hat _keinen direkten Zugriff auf Hardware_
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- _Kommunikation und Datenfluss_ wird über Bibliotheken und deren Kernel abgewickelt
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- _Zugangskontrolle_ weiterhin über Bibliotheken und Kernel
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## Programmierschnittstellen
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**Systemaufruf (System Call)** ist eine API, die es ermöglicht auf Dienste und Ressourcen des BS zuzugreifen
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- Implementierung von Systemaufrufen hängt stark von _Hardware_, _Architektur_, _BS_ ab
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- Wann werden die benutzt?
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- Berechtigungen, Ressourcenverwaltung, Kommunikation mit Hardware, Prozesssteuerung, Netzwerkkommunikation, Zeitverwaltung
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- Nutzung eines direkten Systemaufrufs **nicht empfehlenswert**
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- Software ist schlecht portierbar
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- Auf Funktionen von Bibliotheken zurückgreifen
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- befinden sich mit entsprechenden Wrapper-Funktionen logisch zwischen Benutzer- und BS-Kern |