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Grundlagen der Informatik – Monolithische Architektur eines BS

Grundlagen der Informatik - Monolithische Architektur eines Betriebssystems

Bei einem monolithischen Betriebssystem besteht das BS aus einem einzigen großen Programm im Hauptspeicher:

Damit nun eine Aktion ausgeführt werden kann, muss ein Programm einen speziellen Hardware-Interrupt "starten", auf das unser Kernel bzw. das Betriebssystem reagieren kann. Dieser Aufruf nennt man Supvervisor call (SVC) oder trap (Assembler Befehl).

Nachteile

• Da unser Betriebssystem aus vielen Teilen besteht könnte es komplett abstürzen, wenn nur ein kleiner Teil innerhalb des Betriebssystems nicht mehr reagiert.
• Unflexibel, da es nicht erweitert werden kann innerhalb des Betriebssystemblogs.

Vorteile

• Es werden weniger System Calls benötigt als bei einer mikrokern Architektur (siehe später).

Was ist ein "Trap"

Ein Trap ist ein spezieller Hardware-Interrupt, der dem Prozessor mehr Befehle zur Verfügung stellt. Damit gelangt also unser Prozessor in den Kernelmode und kann auf den gesamten Hauptspeicher zugreifen. Alle anderen Anwendungen, die wir auf unserem Prozessor laufen lassen können nicht auf diese Befehlssätze und Speicherbereiche zugreifen.

Simulation eines Aufrufes in dieser Architektur

In diesem Beispiel werden wir mittels Java einen println("Hallo Welt") aufrufen.

1. Der println Befehl speichert an einer bestimmten Stelle im Hauptspeicher die Identifikation von write mit den dazugehörigen Informationen ab.
2. Dadurch wird ein Trap erzeugt, der durch einen Hardwareinterrupt (Trapinterrupt) die laufende Anwendung unterbricht und den Trap-Handler des Betriebssystems startet.
3. Somit schaltet das Betriebssystem den Prozessor in den Kernelmode und dadurch hat der Prozessor nun einen erweiterten Befehlssatz und die hardwareseitige Speicher Zugriffsbeschränkung wird aufgehoben.
4. Der Trap-Handler kopiert die Aufrufparameter in den Kernelbereich (bzw. Stack) und ist in der Lage die entsprechende Funktion "write" aufzurufen.
5. Das Resultat (bzw. der Returnwert) wird in den Speicher der Anwendung kopiert. Dieser kann z. .B. eine Fehlerrückmeldung erhalten.
6. Der Trap-Handler wird beendet und somit wird auch der Kernelmode geschlossen. Nun kann die Anwendung wieder auf den Prozessor geladen werden. (Assembler Befehl für Trap-Return ist rett)