Ordne jede Situation dem richtigen Bereich zu: P = Prozessverwaltung, S = Speicherverwaltung, D = Dateiverwaltung, G = Geräteverwaltung.
Du schließt neue Kopfhörer an — das System weiß sofort, wie es Ton dorthin schickt.
Ein Spiel stürzt ab, aber dein Browser läuft ungestört weiter.
Beim Speichern fragt dich das System, in welchem Ordner die Datei landen soll.
Musik, Download und Tippen laufen scheinbar gleichzeitig auf einem Kern.
Ein Programm bekommt beim Start seinen eigenen Bereich im Arbeitsspeicher zugewiesen.
Du benennst eine Datei um und findest sie danach unter einem neuen Pfad.
Frage: Geht es um Rechenzeit (P), um Arbeitsspeicher (S), um Ordner und Pfade (D) oder um ein angeschlossenes Gerät (G)?
3
Rückblick: Warum muss überhaupt gebootet werden?
AFB II
Beim Einschalten wird das Betriebssystem erst von der SSD in den Arbeitsspeicher geladen. Warum bleibt es nicht einfach dauerhaft im RAM liegen? (Denk an die Speicherarten aus Kapitel 1.2 und an den Software-Begriff aus 2.2.1.)
Welcher der beiden Speicher braucht Strom, um sich etwas zu merken?
4
Wer erledigt was?
AFB II
Kreuze für jede Aufgabe an, wer sie übernimmt. Manche Aufgaben werden gemeinsam erledigt, dann setze mehrere Kreuze.
Setze in jeder Zeile überall dort ein Kreuz, wo die Aussage zutrifft — es können mehrere pro Zeile sein. Enter setzt und löscht.
Aufgabe
Betriebssystem
App
Hardware
Rechenzeit an laufende Programme zuteilen
Eine Nachricht auf dem Bildschirm darstellen
Arbeitsspeicher verwalten und schützen
Strom in einzelne Rechenschritte umsetzen
Nach Erlaubnis für die Kamera fragen
Eine Datei dauerhaft auf dem Flash-Speicher ablegen
Das Betriebssystem ist der Vermittler: Apps dürfen die Hardware nie direkt anfassen, sie stellen Anträge, und das Betriebssystem entscheidet und leitet weiter.
Das Betriebssystem verwaltet und verteilt, die App nutzt, die Hardware führt physisch aus.
5
Ein Rechner ganz ohne Betriebssystem?
AFB III
Nicht jedes Gerät braucht ein vollwertiges Betriebssystem. Schätze für jedes Gerät ein, wie viel Betriebssystem darin steckt.
Schätze jede Zeile auf der Skala von gar keins (1) bis vollwertiges Betriebssystem (5) ein. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = gar keins5 = vollwertiges Betriebssystem
Einfacher Taschenrechner
Digitale Küchenwaage
Kühlschrank mit Touchdisplay und Apps
Smartphone
Waschmaschine mit Drehschalter
WLAN-Router
Faustregel: Ein Betriebssystem lohnt sich erst, wenn mehrere Programme gleichzeitig laufen, Speicher verwaltet und Geräte angebunden werden müssen. Ein Taschenrechner kommt mit einem fest verdrahteten Programm aus.
Je mehr verschiedene Programme gleichzeitig laufen und je mehr nachinstalliert werden kann, desto mehr Betriebssystem ist nötig.
6
Welche Aufgaben hat ein Betriebssystem?
AFB II
Vier Aussagen beschreiben echte Aufgaben eines Betriebssystems. Markiere genau diese vier.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Merke dir die vier Verwaltungsbereiche: Prozessor, Speicher, Dateien, Geräte. Alles Fachliche — Formeln rechnen, Bilder bearbeiten, Seiten gestalten — ist Sache der Anwendungssoftware.
Ein Betriebssystem verwaltet und vermittelt — es erledigt die Fachaufgaben der Anwendungen nicht selbst.
7
Was passiert beim Einschalten?
AFB II
Bringe die sechs Schritte des Startvorgangs in die richtige Reihenfolge.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Rechner bekommt Strom, die Firmware startet.
2Die Firmware prüft die wichtigsten Bauteile.
3Sie sucht auf dem Massenspeicher nach einem startfähigen System.
4Der Kern des Betriebssystems wird in den Arbeitsspeicher geladen.
5Treiber und Hintergrunddienste werden gestartet.
6Der Anmeldebildschirm erscheint.
Das Grundproblem beim Start heißt Bootstrapping: Ein Programm muss geladen werden, obwohl noch kein Programm läuft, das laden könnte. Deshalb sitzt die Firmware fest im Rechner — sie ist der einzige Teil, der ohne Massenspeicher auskommt.
Ganz am Anfang ist noch kein Betriebssystem geladen — irgendetwas muss also fest im Rechner eingebaut sein.
8
Lückentext: Kern, Oberfläche und Co.
AFB I
Setze die passenden Begriffe aus der Wortbank ein. Zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Ein Programm, das gerade läuft, heißt . Nur der darf direkt auf die Hardware zugreifen. Fenster, Symbole und Menüs gehören zur , während Fachleute Befehle als Text in eine tippen. Der kleine Computer im Fahrkartenautomaten, der nur diese eine Aufgabe erfüllt, ist ein .
Kernel und Benutzeroberfläche sind die beiden Seiten desselben Betriebssystems: Der Kernel arbeitet nach innen mit der Hardware, die Oberfläche nach außen mit dir. Der „Compiler“ gehört dagegen zur Programmentstehung aus Kapitel 2.2.1 — er ist kein Teil des Betriebssystems.
Übrig bleiben ein Begriff aus der Programmentstehung und ein Begriff, der ein Stück Rechenzeit beschreibt.
9
Zeitscheiben nachgerechnet
AFB II
Ein Rechner mit einem Prozessorkern verteilt Zeitscheiben von je 25 ms. Dauerhaft rechnen wollen gerade: ein Videoexport, ein Spiel, ein Virenscan und die Cloud-Synchronisation. Außerdem sind 12 Browser-Tabs geöffnet, die im Moment nichts tun. Rechne Schritt für Schritt.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
Wie viele Prozesse bekommen reihum Zeitscheiben?Prozesse
Wie lange dauert eine volle Runde, bis jeder einmal dran war?ms
Wie oft pro Sekunde (1000 ms) ist der Videoexport an der Reihe?mal
Wie viel Prozent der Rechenzeit bekommt der Videoexport?%
Der Virenscan ist fertig und beendet sich. Wie viel Prozent bekommt der Videoexport jetzt? (auf eine Nachkommastelle)%
Die 12 wartenden Tabs zählen nicht mit — wer gerade nichts rechnen will, bekommt auch keine Zeitscheibe. Bremsen können sie trotzdem, aber über einen anderen Weg: Sie belegen Arbeitsspeicher. Und jeder Prozess, der sich beendet, macht für die übrigen Rechenzeit frei.
Zeitscheiben bekommen nur Prozesse, die gerade rechnen wollen. Offene, aber untätige Tabs warten.
Eine Runde = Anzahl der rechnenden Prozesse · 25 ms. Der Anteil eines Prozesses ist 1 geteilt durch die Anzahl der rechnenden Prozesse.
10
Interleaving: Ein Druckauftrag quer durch die Schichten
AFB III
Du klickst in deiner Textverarbeitung auf „Drucken“. Verfolge den Auftrag durch Anwendung, Betriebssystem, Treiber und Hardware — und verknüpfe dabei, was du aus Kapitel 2.2.1 über Schichten und Treiber weißt.
Spiele den Ablauf Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Der Druckauftrag wandert genau durch den Schichtenturm aus 2.2.1: Anwendung → Betriebssystem → Treiber → Gerät. Weil jede Schicht nur mit ihren Nachbarn spricht, muss die Textverarbeitung keinen einzigen Drucker kennen — und derselbe Drucker funktioniert unter jedem Betriebssystem, für das es einen Treiber gibt.
Denke an den Schichtenturm: Jede Schicht darf nur mit ihren direkten Nachbarn reden.
Der Treiber gehört zur Systemsoftware — also zu einem ganz bestimmten Betriebssystem, nicht zum Gerät.
