Isolation und Schutz in Betriebssystemen

Isolation und Schutz in Betriebssystemen

Aktuelles
Die Veranstaltung startet am Donnerstag, den 12.10.2023, um 12:30 Uhr, in 25.12.01.51

Dozent
Prof. Dr. Michael Schöttner

Studiengang
Master-Studiengang Informatik

Leistungspunkte
5 LP

Lehrveranstaltungen
1 SWS Vorlesung + 3SWS + Übung

Inhalte
In der Vorlesung liegt der Schwerpunkt auf Isolation und Schutz durch Prozessadressräume. Es werden Techniken zur Trennung logischer Adressräume (seiten- und segmentbasiert) sowie Systemaufrufe behandelt. Vor diesem Hintergrund werden auch verschiedene Betriebssystemarchitekturen verglichen und gängige Adressraummodelle von Betriebssystemen erläutert. Weitere Themen sind die Interprozesskommunikation durch Nachrichten und gemeinsamen Speicher. Im Rahmen der Übungen werden ausgewählte Vorlesungsinhalte praktisch in Rust (oder C++) angewandt. Ausgehend von einem x86-basierten 64 Bit Einkern-Betriebssystem werden Privilegienisolation, räumliche Isolation und fortgeschrittene Adressraumkonzepte implementiert. Das Ausgangsbetriebssystem wird bereitgestellt, alternativ kann das eigene Betriebssystem aus dem Modul Betriebssystem-Entwicklung verwendet werden.

Der Schwerpunkt des Moduls liegt auf den Übungen, in denen in Einzelarbeit Schutzmechanismen in einem einfachen 64-Bit x86 Kernel von Grund auf entwickelt werden. Dies erfolgt in Rust (optional C++) anhand aufeinander aufbauender Aufgaben.

Lernergebnisse/Kompetenzen
Nach erfolgreicher Teilnahme an den Veranstaltungen dieses Moduls können die Studierenden

• die Programmiersprache Rust (oder C++) für die hardwarenahe Programmierung anwenden,
• Entwurfsprinzipien für Systemaufrufe erläutern und implementieren,
• grundlegende Mechanismen zur virtuellen und physikalischen Speicherverwaltung implementieren,
• Schutzmechanismen in einem Betriebssystem erläutern, vergleichen und entwickeln,
• Mechanismen und Abtraktionen zur Interprozesskommunikation vergleichen und programmieren sowie
• Betriebssystemm-Architekturen erklären und vergleichen.

Literatur

• Intel Corporation, Intel Architecture Software Developer's Manual.
• Weitere Literaturhinweise werden in der Vorlesung bekannt gegeben

Verwendbarkeit des Moduls

• Wahlpflichtbereich Praktische oder Technische Informatik
• Schwerpunktbereich
• Individuelle Ergänzung
• Anwendungsfach für den Ergänzungsbereich im Master-Studiengang Mathematik

Teilnahmevoraussetzungen
Bachelor-Studierende müssen die Voraussetzungen für den Vorgriff auf die Mastermodule erfüllen.

Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten
Prüfung über das eigene Betriebssystem, welches die Funktionen aus den Übungsaufgaben realisieren muss.

Häufigkeit des Angebots, modulare Schiene
Jedes Wintersemester

Modulbeauftragte und hauptamtliche Lehrende
Prof. Dr. Michael Schöttner