TGI 1
Technische Grundlagen der Informatik, Nordakademie - Elmshorn SM 1/1-51; JB 1/52-82; NR 1/83-92; BR 1/93-131; NR 2/1-27; JJ 2/28-63
Technische Grundlagen der Informatik, Nordakademie - Elmshorn SM 1/1-51; JB 1/52-82; NR 1/83-92; BR 1/93-131; NR 2/1-27; JJ 2/28-63
Beschreibe das Prinzip der zusammenhängenden Belegung!
- Jede Datei bekommt zusammenhängende hintereinander liegende Blöcke zugeordnet
- Es werden immer ganze Blöcke zugeordnet, sodass der letzte Block potenziell unausgelastet ist
- Zur Assoziation von Datei und Blöcken muss nur der Startblock und die Anzahl der Blöcke bekannt sein
Welche Vorteile bietet die zusammenhängende Belegung?
Nenne 3 Nachteile der zusammenhängenden Belegung!
- Potenzielle Fragmentierung der Platte über die Zeit
- Verwaltung der freien Blöcke für künftige Anforderungen
- Umgang mit dynamisch wachsenden Dateien
Bei welchem prominenten Beispiel wird die zusammenhängende Belegung verwendet?
Bei dem CD-ROM-Dateisystem (ISO 9660)
Was versteht man unter Fragmentierung?
Von Fragmentierung spricht man wenn in einem Speicherraum ungenutzte Speicherbereiche (Fragmente) zwischen benutzten Speicherbereichen bestehen.
Wodurch zeichnet sich die Speicherbelegung durch verkettete Listen aus?
- Ein Block besteht aus dem Zeiger auf den folgenden Block und den Nutzdaten
- Der letzte Block in einer Datei hat eine eine entsprechende Kennzeichnung im Zeiger ("0")
- Blöcke müssen nicht mehr zusammen liegen
- Sequentielles Lesen funktioniert problemlos
- Für den wahlfreien Zugriff auf Block n einer Datei müssen alle n-1 Blöcke davor eingelesen werden
- Durch den vorangestellten Zeiger gehen Nutzdaten verloren: Der Block steht nicht mehr vollständig für die Nutzdaten zur Verfügung
- Nur "innere" Framentierung möglich (im letzten Block)
Nenne die Formel zur Berechnung der Größe der FAT!
(Partitionsgröße / Blockgröße) * Größe der Blocknummer
Wie groß kann ein Festplattenblock einer Festplatte sein?
Zwischen 512 Bytes und 64 KBytes.
(Je nach Plattengröße)
Wie viele Blöcke kann FAT16 maximal verwalten?
FAT 16 kann maximal 216 = 65.536 Blöcke verwalten.
Ist bei FAT die Ablage der Zeiger im Plattenblock notwendig?
Nein, stattdessen werden die Zeiger in einer Tabelle abgelegt.
Diese Tabelle wird zum Start in den Hauptspeicher geladen.
Wie wird bei FAT ein wahlfreier Zugriff ermöglicht?
Hierzu ist ein lineares Verfolgen der Kette notwendig. Jedoch ist dies in der FAT im Hauptspeicher möglich.
Wo befindet sich die FAT
Die FAT befindet sich im Hauptspeicher und wächt mit der Größe der Platte.
Erläuter das Prinzip von I-Nodes!
- Jeder Datei wird eine Datenstruktur zugeordnet (Index-Node)
- Beinhaltet neben Dateiattributen auch die Blockadressen
- I-Nodes nur für geöffnete Dateien im Speicher gehalten -> benötigter Hauptspeicher hängt von der Anzahl geöffneter Dateien - nicht von der Größe der Partition ab
- Anzahl der Blockadresses limitiert die Größe der Datei
- Abhilfe schaffen spezielle Adressblöcke, die weitere Blockadressen aufnehmen können - teilweise wieder von Adressblöcken
Wie werden Verzeichnisse realisiert?
- Auffinden von Dateien erfolgt über Pfadangaben
- Verzeichniseinträge stellen die dafür notwendigen Informationen zur Verfügung
- Ort des Wurzelverzeichnisses ist dem Dateisystem bekannt
- Systeme mit I-Nodes benötigen pro Datei nur den Namen und die Adresse des I-Nodes; Dateiattribute sind im I-Node gespeichert
- In vielen Dateisystemen werden Verzeichnisse wie Dateien behandelt
- Dateien werden ihrem Entstehen nach gespeichert, was eine lineare Suche erforderlich macht
Wie lang darf ein Dateiname maximal sein?
Begrenzung je nach Dateisystem
- MS-DOS: 8.3 (1-8 Buchstaben + optional . und 1-3 Buchstaben)
- Unix V7: 1-14 Zeichen (Groß-/Kleinbuchstaben, Ziffern, etc.)
- Heute üblich: bis zu 255 Zeichen
Einfachste Speicherform: maximalen Platz reservieren
Wozu dient die feste Länge der Dateinamen?
- Speicherung in zwei Attributen: Länge + der Name selbst
- Speicherung mit einem Ende Kennzeichen (häufig 0x0000)
Nenne und beschreibe 2 Verfahren zur Verwaltung freier Blöcke!
- Verwendung einer Bitmap
- Datenstruktur, die für jede Blockadresse ein Bit bereitstellt
- Bit kennzeichnet den Belegungszustand (0 - frei / 1 - belegt)
- Bei verwendung einer FAT wird das Bit dort untergebracht
- Nutzung einer verketteten Liste der freien Blockadressen
- Es genügt einen Block der "Freiliste" im Speicher zu halten
- Platzbedarf ist bei einer recht leeren Platte sehr groß im Vergleich zur Bitmap
Erläutere drei Möglichkeiten zur Performanceverbesserung bei der Dateiauslesung!
- Einführung von Caches
- Einführung von Caches auf den Geräten selbst
- Nutzung von Ausschnitten des Hauptspeichers als Cache
- Analog zu Hauptspeichercaches benötigt man Strategien für die Wahl der ein- bzw. auszulagernden Blöcke
- Block read ahead (Vorauslesen von Blöcken)
- Sequentielle Dateizugriffe sind häufig
- Es kann sich lohnen, weitere Blöcke einer Datei vorausschauend zu laden um folgende Anfragen aus Caches bedienen zu können
- "Beobachtung" bereits geöffneter Dateien ist hier hilfreich
- Reduzierung der Bewegung des Plattenarms
- Durch geschickte Anordnung der Blöcke auf der Platte kann die Bewegung des Plattenarms verringert werden
Was versteht man unter Journaling file systems?
- Einige atomare Aktionen in Dateisystemen können mehrere Zugriffe auf die Platte erfordern
- Verschiebung von Datei D aus Verzeichnis V1 in Verzeichnis V2 bedarf mindestens der Anpassung der Verzeichnisse V1 (löschen des Dateibezugs) und V2 (Aufnahme des Dateibezugs) ggf. müssen dafür Verzeichnisdeskriptoren angepasst werden
- Fundamentale Katastrophen wie Systemabstürze oder Stromausfälle können solche Aktionen unterbrechen und eine Dateisystem in inkonsistentem Zustand hinterlassen
- Einführung eines speziellen Bereichs (Journal) in dem alle Aktionen vermerkt werden, um dann anschließend abgearbeitet zu werden
- Teiweise auch performance-verbessernde Effekte
Was ist ist der Befehlszyklus und wie läuft er ab?
Der Befehlszylkus sind zeitlich getrennte, sich ständig zyklisch wiederhohlende Phasen.
Die Zyklus besteht aus Befehl holen(fetch) und Befehl ausführen (execute)
Befehl holen:
- Befehl aus Speicherplatz, auf den der Befehlszähler (zeigt an welcher Befehl an der Reige ist) zeigt, in Befehlsregister laden
- Befehl decodieren und Befehlszähler erhöhen
- eventuell weitere benötigte Operanden in Mehrzweckregister laden
Begehl ausführen:
- Befehl ausführen
- Ergebnis in Register oder Speicherstelle schreiben
Definition der Informatik
Informatik ist die Wissenschaft von der Informationsverarbeitung, insbesondere mithilfe von Computern. Wissenschaft, Technik und Anwendung der maschinellen Verarbeitung und Übermittlung von Informationen (Gesellschaft für Informatik).
Ein Prozess ist ein Programm in Ausführung mit (u.a.)
- Eigener (virtueller) Adressraum
- Wert des Befehlszähler
- Registerinhalte
- Inhalte der Variablen
- Stapel (Stack), der die Unterprogrammaufrufe verwaltet
- Eigenem Arbeitsverzeichnis
- Handle auf geöffnete Dateien
- Abrechnungs- und Statistikinformationen
Welches sind die Aufgaben eines Betriebssystems?
1. Über welche Schnittstelle werden die Funktionalitäten eines Betriebssystems bereitgestellt?
2. Wie sind diese Funktionalitäten erreichbar?
3. Wo werden sie zur Verfügung gestellt?
1. Programmierschnittstelle
2. Über Systemaufrufe (system calls)
3. In Programmbibliotheken (Systembibliotheken)
1. Über welche Schnittstelle werden die Funktionalitäten eines Betriebssystems bereitgestellt?
2. Wie sind diese Funktionalitäten erreichbar?
3. Wo werden sie zur Verfügung gestellt?
1. Programmierschnittstelle
2. Über Systemaufrufe (system calls)
3. In Programmbibliotheken (Systembibliotheken)
Welche Funktionen beinhaltet die Speicherverwaltung?
Durch welche Eigenschaften wird Software definiert?
Software...
Definition: Betriebssystem
Die Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften dieser Rechenanlage die Basis der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden und insbesondere die Abwicklung von Programmen steuern und überwachen. (DIN 44 300)
Software lässt sich grob in zwei Kategorien unterteilen. (Systemsoftware und Anwendungssoftware)
Welche dieser Programme lassen sich der Anwendungssoftware zuordnen?
Beschreibe den grundsätzlichen Aufbau des Schichtenmodells eines Rechners!
siehe Bild
Welchem Grundsatz folgt die Black-Box-Betrachtung des Betriebssystems?
Die Schnittstelle ist das Maß aller Dinge; die Implementierung, also das Systeminnere, wird nicht betrachtet.
- Welche Gefahren können durch die Black-Box-Betrachtung entstehen?
- Welches Problem birgt die Black-Box-Betrachtung des Betriebssystems?
- Überhöhter Ressourcenverbrauch oder unbefriedigender Ausführungsgeschwindigkeit, wegen Unkenntnis
- Kein Einblick ins System -> Betriebssystemdetails werden ignoriert (performancekritische Anwendungen)
Welche 3 Architekturformen von Betriebssystemen gibt es?
- Monolithische Systeme
- Bsp. MS-DOS
- Geschichtete Systeme
- Bsp. OS/2
- Mikrokernsysteme
- Bsp. MAC OS X (Basierend auf Mach kernel)
- *
- praktisch liegen häufig Mischformen vor
*Zusatzwissen: Eigenschaften des Betriebssystemkerns "Mach"
- Multitasking
- Threads
- Interprozesskommunikation
- Speicherschutz
Welche Eigenschaften besitzen Monolithische Systeme?
- Keine oder unklare Strukturen
- Teilfunktionen sind nicht klar mit Schnittstellen abgegrenzt
- meist evolutionär gewachsen
Welche Eigenschaften besitzen geschichtete Systeme?
- Teilfunktionen sind hierarchisch auf mehrere Schichten verteilt
- jede Schicht realisiert eine bestimmte Funktionsgruppe
- Funktionen bauen nur auf Funktionen der tieferen Schicht auf
Welche Eigenschaften besitzen Mikrokernsysteme?
- zentrale Funktionen in einem Kernteil (Mikrokern); übrige Funktionen als "Serverdienste" aufgeführt
- Mikrokern enthält vier Basisdienste
- Nachrichtenübermittlung (message passing)
- Speicherverwaltung (virtual memory)
- Prozessorverwaltung (scheduling)
- Gerätetreiber (device drivers)
Welche Kriterien in Hinsicht auf die Betriebsart eines Betriebssystems gibt es?
- Stapelverarbeitung (batch processing)
- Bearbeitung einer Folge von Stapelaufträgen
- klassische Großrechnerbetriebssysteme
- Time-Sharing-Betrieb
- Zuteilung von Zeitscheiben
- scheinbar exklusiver Zugriff
- Echtzeitbetriebssystem
- Priorisierung von Prozessen
- Ausführung innerhalb fester Zeitschranken
- reaktive Systeme: schnelle Reaktion auf Signale der Umgebung
- Moderne Betriebssysteme fallen mehr oder weniger in diese Gruppe
Welche weiteren Unterteilungsmöglichkeiten für Betriebssysteme, neben der Betriebsart, gibt es?
- Einprozessorsysteme
- Multiprozessorsysteme
- verteilte Systeme
- Das Betriebssystem selbst ist verteilt, für Benutzer und Anwendungen ist dies nicht sichtbar.
Woraus besteht die Zentraleinheit?
Die Zentraleinheit besteht aus einem Steuerwerk (control unit; CU ) und einem Operationswerk (auch: Rechenerwerk, arithmetical logical unit, ALU)
Aus welchen Komponenten besteht ein Rechner/ Computer?
- Zentraleinheit (Central Processing Unit,CPU)
- Speicher (Memory)
- Ein-/Ausgabeeinheit (Input/Output Unit)
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Lernkarten
WIe kann man typischerweise das Erzeuger-Verbraucher-Problem lösen?
Das Erzeuger-Verbraucher-Problem wird mit Mechanismen der Prozesssynchronisation gelöst. In den meisten Lösungsbeschreibungen werden Semaphore verwendet, da diese außer dem wechselseitigen Ausschluss bei der Ausführung kritischer Abschnitte auch die zuvor verlangte Kooperation zwischen Prozessen unterstützen.
Was ist ein Semaphor?
Ein Semaphor ist eine Datenstruktur, die aus einer Ganzzahl und zwei Nutzungsoperationen (Down und Up) besteht. Beide Operationen müssen unteilbare Anweisungen sein.
Semaphor eignen sich insbesondere zur Verwaltung...
...beschränkter (zählbarer) Ressourcen, auf die mehrere Prozesse oder Threads zugreifen sollen, wie etwa Erzeuger und Verbraucher.
Welche beiden Operationen sind für ein Semaphor definiert?
Semaphore-Zähler = maximale Zahl der Prozesse, die gleichzeitig die Ressource nutzen können
Down:
- Prüfe, ob der Zähler größer als Null ist
- Wenn ja: Erniedrige den Zähler um Eins und führe Prozess fort bzw. mache weiter
- Wenn nein: Unterbreche sofort (SLEEP)
UP:
- Prüfe, ob es wartende Prozesse für die Semaphore gibt
- Wenn ja: Wecke einen der Prozesse wieder auf (WAKEUP)
- Wenn nein: Erhöhe den Wert der Semaphore um Eins
Beide Operationen müssen unteilbare Anweisungen sein
Wann befindet sich eine Menge von Prozessen in einem Deadlock?
Eine Menge von Prozessen befindet sich in einem Deadlock-Zustand, wenn jeder Prozess aus der Menge auf ein Ereignis wartet, das nur ein anderer Prozess aus der Menge auslösen kann.
Welche Voraussetzungen müssen für einen Deadlock bestehen?
- Wechselseitiger Auschluss (Ressource ist entweder verfügbar oder genau einem Prozess zugeordnet)
- Halt-und-Wart-Bedingung (Prozesse mit reservierten Ressourcen dürfen/müssen weitere Ressourcen anfordern)
- Ununterbrechbarkeit (Reservierte Ressourcen können nicht entzogen werden, sondern müssen freigegeben werden)
- Zyklische Wartebedingung (Jeder Prozess wartet auf eine Ressource, die dem nächsten Prozess in einer Kette gehört).
Welche Grundvoraussetzungen (vom System) müssen erfüllt sein, dass ein Deadlock eintreten kann?
Verklemmungen können bei Systemen eintreten, die fähig sind, mehrere Prozesse parallel ablaufen zu lassen (Multitasksysteme) und bei denen die Reihenfolge der Betriebsmittelvergabe nicht festgelegt ist.
Welchen einfachen Ansatz stellt der Vogel-Strauß-Algorithmus dar?
Als Konsequenz daraus folgt, dass dieser Deadlock nie aufgelöst werden kann – die Threads warten bis in alle Unendlichkeit auf die Betriebsmittel oder werden „von außen“ aus dem Zustand befreit (im Regelfall, indem man sie abbricht).
Welche Möglichkeiten gibt es mit Deadlocks umzugehen?
- Deadlocks erkennen und beseitigen
- Deadlocks verhindern durch vorsichtiges Ressourcenmanagement
- Deadlocks unmöglich machen durch Abschaffen mindestens einer Voraussetzung
- Deadlocks ignorieren (Vogel-Strauß-Algorithmus)
Welche Möglichkeiten gibt es zur Erkennung von Deadlocks bei einer Ressource pro Ressourcentyp?
Nutzung eines gerichten Graphen
Prozesse, die eine Ressource bereits belegen, sind davon abhängig
Ressourcen, die von einem Prozess angefordert werden, sind davon abhängig
Treten Zyklen in diesem Graph auf, ist ein Deadlock entstanden und kann die beteiligten Prozesse und Ressourcen identifizieren
Welche Möglichkeiten gibt es zur Erkennung von Deadlocks bei mehreren Ressourcen pro Ressourcentyp?
Nutzung eines Verfahren mit einem Ressourcenvektor, einem Ressourcenrestvektor, einer Belegungsmatrix und einer Anforderungsmatrix
Was versteht man unter Random-Access-Dateien?
Ein Speicherzugriff ist wahlfrei, oder direkt, wenn auf jede Speicherzelle in beliebiger Reihenfolge zugegriffen werden kann. Dies erfolgt i.d.R. über den Schlüssel und nicht über die Positionsangaben.
Diese Zugriffsart ist essentiell für viele Anwendungen wie z.B. Datenbanksysteme.
Die Angabe des Schlüssels geschieht direkt bei der READ-Operation oder durch Nutzung der SEEK-Operation
Wie können Deadlocks beseitigt werden?
- Durch Unterbrechung und temporäre Freigabe (bspw. durch Operator im Mainframe-Batch-Betrieb)
- Prozess mit kritischer Ressource wird zeitweilig aufgehoben
- Zweite Prozess kann die nun freie Ressource nutzen
- Danach wird die Ressource wieder dem ersten Prozess zugeordnet und der Prozess kann weiterlaufen
- Durch teilweise Wiederholen (Rollback)
- In regelmäßigen Abständen werden Checkpoints geschrieben
- Tritt ein Deadlock auf, wird auf einen Checkpoint zurückgesetzt, zu dem dieser Prozess die kritische Ressource noch nicht hatte
- Durch Prozessabbruch
- Schrittweier Abbruch verklemter Prozesse bis Deadlock beseitigt (Extremfall: alle werden abgebrochen)
Wie können Deadlock verhindert werden?
- Betrachtung der Betriebsmittelanforderungen als gleichzeitig auftretende Maximalanforderung
- Ressourcen nur zuteilen, wenn dies garantiert sicher ist
- Bankier-Algorithmus
Bei welchen Systemen ist eine Einteilung des Dateizugriffs notwendig, um die verwendbaren Speichertechniken ermitteln zu können?
Dies ist hauptsächlich bei älteren (insb. Mainframe-) Systemen notwendig.
Nenne 6 übliche Dateiattribute!
- Aktuelle Größe (ggf. auch maximale Größe)
- Erstellungszeitpunkt
- Letzte Änderung
- Letzter Zugriff
- Ersteller
- Eigentümer
- Flags
- Read-only (nur lesend oder auch schreibenden Zugriff)
- Hidden (ob Datei in Auflistungen auftauchen oder versteckt werden soll)
- System (ob Dateien von "normalen" Benutzern gesehen und ggf. verändert werden kann)
- Temporary (ob die Datei bei Prozessende zu löschen ist)
Nenne 6 übliche Dateioperationen und beschreiben deren Funktion!
- CREATE (Erzeugen ohne Daten und Attribute setzen)
- DELETE (Freigeben des verwendeten Speicherplatzes)
- OPEN (Öffnen um Attribute auszuwerten; vor Nutzung)
- READ (Lesen unter Angebe eines Puffers von aktueller oder angegebener Position)
- WRITE (Überschreiben, wenn in der Datei positioniert; Anfügen, wenn Position am Ende der Datei)
- APPEND (Anfügen als Spezialform der WRITE-Operation)
- SEEK (Positioniert den Dateizeiger bei wahlfreiem Zugriff)
- RENAME (Ändert den Dateinamen)
- GET-/SET-ATTRIBUTE (Lesen/Ändern der Dateiattribute soweit erlaubt)
Wie arbeitet der Bankier-Algorithmius? Und welche Ressourcen werden benötigt?
- Die Ressourcen
- gesamte Ressourcen
- verfügbare Ressourcen
- Prozesse
- eingesetzten Ressourcen
- benötigten Ressourcen.
Alle Prozesse - sofern die Ausführung möglich ist - werden nacheinander abgearbeitet und die belegten den verfügbaren Ressourcen zugeführt.
Nach Ausführung des Algorithmus steht fest, ob eine Verklemmung vermeidbar ist oder nicht.
Kann es zu einer Verklemmung kommen, obwohl der Bankieralgorithmus zu einem erfolgreichen Ende kam?
Kommt der Bankieralgorithmus zu einem erfolgreichen Ende, kann unter Umständen durch unbedachte Ausführungsreihenfolge der Prozesse trotzdem ein Deadlock entstehen
Wie können Deadlocks theoretisch unmöglich gemacht werden?
- Wechselseitigen Ausschluss verhindern
- i.A. nicht möglich
- da wechselseitiger Ausschuss Race Conditions verhindert
- und damit kein Prozess in einen kritischen Abschnitt läuft
- da wechselseitiger Ausschuss Race Conditions verhindert
- i.A. nicht möglich
- Zusätzliche Bertiebsmittelanforderugen verbieten
- z.B. Anforderung aller benötigten Bertiebsmittel zu Prozessbeginn
- alle Ressourcen müssten beim Start eines Programms eingebunden werden - Praxis untauglich
- z.B. Anforderung aller benötigten Bertiebsmittel zu Prozessbeginn
- Wiederherstellung der Unterbrechbarkeit
- könnte durch Ressourcenentzug realisiert werden - nicht immer praktikabel
- Zyklisches Warten verhindern
- z.B. durch Festlegen einer linearen Ordnung aller Betriebsmittel
- Nachteil: Vernünftige Ordnung kann kaum gefunden werden
- z.B. durch Festlegen einer linearen Ordnung aller Betriebsmittel
Wann können Deadlocks ignoriert werden?
- Möglich wenn...
- Deadlocks nur selten auftreten
- Kosten für die Verhinderung, Erkennung und/oder Beseitigung sehr hoch sind
- Abwägung zwischen Korrektheit und Bequemlichkeit
Welche dieser Eigenschaften über Computert sind war?
Welche Eigenschaften stimmen bei Rechnern?
Welche dieser Aussagen stimmen über die Mehrschichtigkeit eines Rechners.
Was ist ein Interpreter?
Ein Interpreter ist ein Programm, dass Instruktionen einer Sprache nacheinander als enstsprechende Instruktionsfolgen der Maschinensprache ausführt.
Was ist ein Compiler?
Ein Compiler ist ein Programm, welches Instruktionen einer neuen Sprache durch Instruktionsfolgen der Maschinensprache ersetzt, sodass das neu enstandene Programm von der Maschine ausgeführt werden kann.
Was stimmt über die Mehrschichtigkeit eines Rechners?
Was ist der Taktgeber und warum wird er eingestetzt?
Ein Taktgeber ist eine Einheit, welche zykliche Takte ausgibt. Ein Takt ist dabei das Zeitintervall zwischen enstprechenden Kanten zweier aufeinanderfolgender Impulse. Der Takt wird dabei bennötigt, da digitale Schaltungen eine gewisse Zeit brauchen, bis sie einen stabilen Zustand erreicht haben. Außerdem ist es in vielen Schaltungen nochtwendig, dass eine gewissen Reihenfolge eingehalten wird, dieses ist mithilfe des Taktgebers möglich.
Was bedeutet Kompaktifizierung und wie geht man dabei vor?
Keine Lücke ist groß genug, die Summe mehrerer Lücken würde aber ausreichen.
Vorgehen: Platz schaffen durch Verschieben der Segmente.
Ordne folgende Begriffe zum Thema Adressen bei Segmentierung richtig zu: logische Adresse, phyisische Adresse, Segmentnummer, Segment-Basisadresse, Wort-Adresse (Offset)
Lösung:
1. Wir unterteilen den logischen Hauptspeicher in Einheiten einer bestimmten Größe. Wie werden diese genannt?
2. Wie wird die logische Adresse in eine Seitennummer und einen Offset geteilt (mit p Speicherzellen einer Seite, logischer Adresse v, Seite s und Offset d)?
1. Seiten (page)
2. Eine Seite habe p Speicherzellen, die logische (virtuelle) Adresse v liegt dann in Seite s und Offset d wobei s = v div p und d = v mod p
Beim Paging ist auch der physische Speicher unterteilt. Wie nennt man die einzelnen Stücke und was ist die typische Größe für die einzelnen Stücke?
Die einzelnen Stücke werden Seitenrahmen (page frame) genannt und haben eine typische Größe von 512 Byte - 8 KB.
Thema Seitentabelle:
Welche Informationen zu allen Seiten eines Prozesses beinhaltet eine Tabelle?
- Seitennummer
- zugehörige Rahmennummer
- Zugriffsattribute (protection-bit)
- wurde verändert (dirty-bit)
Was ist der Nachteil an der Idee, die Seitentabelle in einem reservierten Teil des Hauptspeichers abzulegen und wie sollte man die Seitentabelle besser stattdessen unterbringen?
Nachteil an dieser Idee ist, dass jeder Zugriff zu einer virtuellen Adresse zwei physische Speicherzugriffe bräuchte.
Die Seitentabelle muss in viel schnelleren (und teureren) Speichern untergebracht werden.
Lösungsansatz:
- nur die aktuell benutzten Einträge der Seitentabelle werden in schnellen Speichern gehalten, die komplette Seitentabelle im Hauptspeicher.
- Assoziativspeicher (TLB, Translation Lookaside Buffer)
1. Wofür steht TLB und was wird im TLB abgelegt?
2. Wie viele Einträge enthält ein TLB?
3. Was ist TLB hit und TLB miss?
1. TLB: Translation Look aside Buffer; ein Teil der Seitentabelle, genau gesagt die aktuell benutzten Einträge, werden in einem schnellen Assoziativspeicher (TLB) abgelegt.
2. 8-16 Einträge
3. TLB hit: wenn im TLB eine gesuchte Seitennummer vorhanden ist, wird die zugehörige Seitenrahmennmmer ausgegeben.
TLB miss: wenn die gesuchte Seitennummer nicht vorhanden ist, wird die zugehörige Seitenrahmennummer aus der Seitentabelle geholt und in die TLB eingetragen.
Thema Seitenein- und -auslagerung:
1. Welche 2 Fälle können beim Zugriff auf eine Seite auftreten?
2. Was ist, wenn schon alle Seitenrahmen belegt sind?
3. Was bedeutet Demand Paging?
1. - Seite befinde sich im Hauptspeicher
- Seite befindet sich nich im Hauptspeicher (Seitenfehler) --> Seite einlagern
2. "Opfer" aussuchen und Seite auslagern
3. Seiten werden immer erst bei Bedarf eingelagert.
Wenn alle Rahmen im Hauptspeicher belegt sind und eine neue Seite eingelagert werden muss, ist Auslagerung notwendig. Was ist das Ziel der Seitenauslagerung?
Das Ziel der Seitenauslagerung ist die Auswahl der auszulagernden Seiten, so dass (langfristig gesehen) möglichst wenig Auslagerungen notwendig werden.
(Seitenfehler kosten Zeit!)
Nenne die 5 häufig verwendeten Strategien zur Seitenauslagerung!
- Least-Recently-Used-Strategie (LRU)
- Not-Recently-Used-Strategie (NRU)
- First-In-First-Out-Strategie (FIFO)
- Second Chance
- Clock-Algorithmus
Seitenauslagerungsstrategien - die optimale Strategie
Gegeben ist ein System mit 3 Seitenrahmen Platz im Hauptspeicher und einem ausreichend großem Platz im Hintergrundspeicher.
Die Referenzreihenfolge für den Seitenzugriff ist wie folgt:
0, 1, 2, 3, 1, 4, 5, 0, 2, 6, 4, 5, 6, 3, 5, ...
Zeichne eine Darstellung für die optimale Strategie.
Lösung:
Seitenauslagerungsstrategien - LRU Strategie
Gegeben ist ein System mit 3 Seitenrahmen Platz im Hauptspeicher und einem ausreichend großem Platz im Hintergrundspeicher.
Die Referenzreihenfolge für den Seitenzugriff ist wie folgt:
0, 1, 2, 3, 1, 4, 5, 0, 2, 2, 5, 4, 6, ...
Zeichne eine Darstellung für die LRU-Strategie.
Lösung:
