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Inhaltsverzeichnis

**📌 Einführung: Prozesse und Scheduling

🔹 Kapitel 4 – Prozesse

  • Ein Prozess ist ein laufendes Programm mit einem eigenen Adressraum.
  • Prozesse haben Zustände: running, ready, waiting.

🔹 Kapitel 5 – Process API

  • Prozesse werden mit fork() erstellt und mit exec() ersetzt.
  • wait() sorgt dafür, dass ein Elternprozess auf sein Kind wartet.

🔹 Kapitel 6 – Direct Execution

  • Ein Programm läuft direkt auf der CPU, aber das Betriebssystem verwaltet den Zugriff auf Ressourcen über System Calls.

🔹 Kapitel 7 – CPU Scheduling

  • First-Come, First-Served (FCFS) → einfacher, aber unfair.
  • Round Robin (RR) → jeder Prozess erhält eine feste Zeitscheibe.
  • Shortest Job First (SJF) → optimale Wartezeiten, aber schwer vorherzusagen.

🔹 Kapitel 8 – Multi-Level Feedback Queue (MLFQ)

  • Dynamisches Scheduling, das Prozesse priorisiert, die schnell reagieren müssen.

🔹 Kapitel 9 – Lottery Scheduling

  • Threads erhalten "Lottoscheine", und einer wird zufällig zur Ausführung ausgewählt.

🔹 Kapitel 10 – Multi-CPU Scheduling

  • Symmetrisches und asymmetrisches Multi-Prozessor-Scheduling.

🔹 Kapitel 11 – Zusammenfassung der Scheduling-Strategien

  • Vergleich aller Scheduling-Algorithmen und deren Effizienz.

📌 Teil 2: Speicherverwaltung (Kapitel 12–24)

🔹 Kapitel 12 – Adressräume

  • Jeder Prozess hat seinen eigenen virtuellen Adressraum (Heap, Stack, Code, Data).

🔹 Kapitel 13 – Address Spaces & Code

  • Trennung von virtuellen und physischen Adressen.
  • OS verwaltet den Speicher mit Paging oder Segmentierung.

🔹 Kapitel 14 – Memory API

  • Heap-Management: malloc(), free() und Speicherallokatoren.

🔹 Kapitel 15 – Address Translation

  • MMU (Memory Management Unit) übersetzt virtuelle in physische Adressen.

🔹 Kapitel 16 – Segmentation

  • Speicher wird in logische Segmente unterteilt.
  • Problem: Fragmentierung.

🔹 Kapitel 17 – Free Space Management

  • Buddy-System & Bitmap-Allokatoren verwalten freien Speicherplatz.

🔹 Kapitel 18 – Einführung in Paging

  • Paging unterteilt den Speicher in gleich große Seiten.
  • Vorteile: Kein Fragmentierungsproblem wie bei Segmentierung.

🔹 Kapitel 19 – Translation Lookaside Buffer (TLB)

  • TLB (Translation Lookaside Buffer) speichert häufig verwendete Adressübersetzungen.

🔹 Kapitel 20 – Fortgeschrittene Page Tables

  • Multi-Level Page Tables sparen Speicherplatz.
  • Inverted Page Tables speichern nur verwendete Seiten.

🔹 Kapitel 21 – Swapping: Mechanismen

  • Swapping lagert inaktive Prozesse auf die Festplatte aus.

🔹 Kapitel 22 – Swapping: Policies

  • Wann und wie oft Prozesse geswappt werden, beeinflusst die Performance.

🔹 Kapitel 23 – Vollständige VM-Systeme

  • Kombiniert Paging, TLBs und Swapping für ein effizientes Speichersystem.

🔹 Kapitel 24 – Zusammenfassung der Speicherverwaltung

  • Vergleich von Paging, Swapping und Segmentierung.

📌 Teil 3: Concurrency & Synchronisation (Kapitel 25–34)

🔹 Kapitel 25 – Einführung in Concurrency

  • Mehrere Threads können parallel laufen, müssen aber synchronisiert werden.

🔹 Kapitel 26 – Thread API

  • POSIX-Threads (pthread) → pthread_create(), pthread_join().

🔹 Kapitel 27 – Locks

  • Mutexe (pthread_mutex_lock) verhindern Race Conditions.

🔹 Kapitel 28 – Locks mit Spinlocks

  • Spin Locks vermeiden teure Kontextwechsel, verbrauchen aber CPU-Zeit.

🔹 Kapitel 29 – Gesperrte Datenstrukturen

  • Fine-Grained Locking: Mehrere Locks für verschiedene Teile der Datenstruktur.

🔹 Kapitel 30 – Bedingungsvariablen

  • pthread_cond_wait() blockiert Threads, bis eine Bedingung erfüllt ist.

🔹 Kapitel 31 – Semaphoren

  • sem_wait(), sem_post() kontrollieren den Zugriff auf mehrere Ressourcen.

🔹 Kapitel 32 – Race Conditions & Bugs

  • Typische Fehler: Deadlocks, Starvation, Lost Updates.

🔹 Kapitel 33 – Event-basierte Concurrency

  • Alternative zu Threads: asynchrone Ereignisbehandlung.

🔹 Kapitel 34 – Zusammenfassung der Synchronisationstechniken

  • Vergleich: Mutexe, Semaphoren, Bedingungsvariablen, Spinlocks.

📌Quellen

🔗 O-STEP Book