Betriebssysteme. Probeklausur. Olaf Spinczyk.

Transkript

1 Betriebssysteme Probeklausur Olaf Spinczyk AG Eingebettete Systemsoftware Informatik 12, TU Dortmund

2 Ablauf Probeklausur (45 Minuten) Besprechung der Aufgaben Auswertung Weitere Hinweise zur Vorbereitung Probeklausur 2

3 Probeklausur... in (fast) allen Belangen realistisch: Art der Aufgaben Auswahl aus dem gesamten Inhalt der Veranstaltung Betriebssystemgrundlagen und UNIX-Systemprogrammierung in C alle Vorlesungen und Übungen sind relevant Umfang kürzer als das Original : 45 (statt 60) Minuten Durchführung keine Hilfsmittel erlaubt (keine Spickzettel, Bücher,...) bitte still arbeiten jeder für sich Die Klausur wird nicht eingesammelt. Probeklausur 3

4 UNIX Shell 1) $ ls > Dateien.txt Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Probeklausur 4

5 UNIX Shell 1) $ ls > Dateien.txt Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Leitet die Ausgabe von ls (alle Dateien im aktuellen Arbeitsverzeichnis) in die Datei Dateien.txt um. Probeklausur 5

6 UNIX Shell 1) $ ls > Dateien.txt Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Leitet die Ausgabe von ls (alle Dateien im aktuellen Arbeitsverzeichnis) in die Datei Dateien.txt um. 2) $ cat Dateien.txt grep txt (3 Punkte) Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Probeklausur 6

7 UNIX Shell 1) $ ls > Dateien.txt Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Leitet die Ausgabe von ls (alle Dateien im aktuellen Arbeitsverzeichnis) in die Datei Dateien.txt um. 2) $ cat Dateien.txt grep txt (3 Punkte) Was bewirkt die Ausführung dieses Kommandos in einer UNIX-Shell? Gibt alle Zeilen aus Dateien.txt aus, welche die Zeichenkette txt beinhalten. Probeklausur 7

8 1a) Prozess-Scheduling (FCFS) Prozess Ankunftszeit CPU-Zeit E/A-Zeit P1 20 ms 40 ms 20 ms P2 30 ms 20 ms 10 ms P3 0 ms 30 ms 40 ms Probeklausur 8

9 1b) Prozesserzeugung (7 Punkte) Was gibt das folgende Programm aus? 1 #define GALAXIES_BOUND 10 2 int worlds, galaxies; 3 pthread_t demiurge; 4 5 void* populategalaxies(void* param) { 6 int i; 7 for(i=0;i<galaxies_bound; i++) galaxies++; 8 printf("%d %d ", worlds, galaxies); 9 pthread_exit(null); 10 } void* createuniverse(void* param) { 13 worlds++; 14 pthread_create(&demiurge, NULL, populategalaxies, NULL); 15 pthread_join(demiurge, NULL); 16 return NULL; 17 } 18 int main(void) { 19 worlds = 0; 20 galaxies = 0; if (fork() == 0) { 23 createuniverse(null); 24 } else { 25 wait(null); 26 createuniverse(null); 27 } 28 return 0; 29 } Probeklausur 9

10 1b) Prozesserzeugung (7 Punkte) Was gibt das folgende Programm aus? 1 #define GALAXIES_BOUND 10 2 int worlds, galaxies; 3 pthread_t demiurge; 4 5 void* populategalaxies(void* param) { 6 int i; 7 for(i=0;i<galaxies_bound; i++) galaxies++; 8 printf("%d %d ", worlds, galaxies); 9 pthread_exit(null); 10 } void* createuniverse(void* param) { 13 worlds++; 14 pthread_create(&demiurge, NULL, populategalaxies, NULL); 15 pthread_join(demiurge, NULL); 16 return NULL; 17 } 18 int main(void) { 19 worlds = 0; 20 galaxies = 0; if (fork() == 0) { 23 createuniverse(null); 24 } else { 25 wait(null); 26 createuniverse(null); 27 } 28 return 0; 29 } Probeklausur 10

11 1b) Prozesserzeugung (7 Punkte) Was bewirken die Funktionen fork und pthread_create? Probeklausur 11

12 1b) Prozesserzeugung (7 Punkte) Was bewirken die Funktionen fork und pthread_create? fork erzeugt schwergewichtige Prozesse neuer Adressraum für Kindprozess Variablen worlds und galaxies werden kopiert danach sind Änderungen unabhängig voneinander pthread_create erzeugt leichtgewichtige POSIX-Threads teilen sich einen Adressraum (jedoch nicht den Stack) Probeklausur 12

13 2a) Synchronisation 1) Erläutern Sie den Begriff Mutex im Kontext von Betriebssystemen. Probeklausur 13

14 2a) Synchronisation 1) Erläutern Sie den Begriff Mutex im Kontext von Betriebssystemen. Als Mutex (oder wechselseitiger Ausschluss) werden Verfahren bzw. Objekte bezeichnet die zur Sicherstellung des gegenseitigen Ausschlusses eingesetzt werden können. Per Mutex geschützte Abschnitte können nur von einem Prozess gleichzeitig ausgeführt werden. Probeklausur 14

15 2a) Synchronisation 1) Erläutern Sie den Begriff Mutex im Kontext von Betriebssystemen. Als Mutex (oder wechselseitiger Ausschluss) werden Verfahren bzw. Objekte bezeichnet die zur Sicherstellung des gegenseitigen Ausschlusses eingesetzt werden können. Per Mutex geschützte Abschnitte können nur von einem Prozess gleichzeitig ausgeführt werden. 2) Erläutern Sie den Begriff Semaphore im Kontext von Betriebssystemen. Probeklausur 15

16 2a) Synchronisation 1) Erläutern Sie den Begriff Mutex im Kontext von Betriebssystemen. Als Mutex (oder wechselseitiger Ausschluss) werden Verfahren bzw. Objekte bezeichnet die zur Sicherstellung des gegenseitigen Ausschlusses eingesetzt werden können. Per Mutex geschützte Abschnitte können nur von einem Prozess gleichzeitig ausgeführt werden. 2) Erläutern Sie den Begriff Semaphore im Kontext von Betriebssystemen. Ein Semaphor ist eine Variable die durch eine ganze nichtnegative Zahl repräsentiert wird und auf der zwei atomare Operationen, das Inkrementieren und Dekrementieren, definiert sind. Ein Semaphor kann zur Realisierung des gegenseitigen Ausschlusses sowie einer Zugriffskontrolle für Betriebsmittel verwendet werden. Probeklausur 16

17 2a) Synchronisation 3) Programmausgabe: 2585, 5238, 3238, 9238, 11238, #define NTHREADS 6 2 int counter = 0; 3 pthread_t threads[nthreads]; 4 5 void* count (void*arg) { 6 int i; 7 for(i=0;i<2000;i++) counter++; 8 printf("%d,", counter); 9 pthread_exit(null); 10 } int main (void) { 13 int i; 14 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_create(&threads[i], NULL, count, NULL); 15 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_join(threads[i], NULL); 16 return 0; 17 } Wieso ist das Energebnis nicht 12000? Probeklausur 17

18 2a) Synchronisation 3) Programmausgabe: 2585, 5238, 3238, 9238, 11238, #define NTHREADS 6 2 int counter = 0; 3 pthread_t threads[nthreads]; 4 5 void* count (void*arg) { 6 int i; 7 for(i=0;i<2000;i++) counter++; 8 printf("%d,", counter); 9 pthread_exit(null); 10 } int main (void) { 13 int i; 14 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_create(&threads[i], NULL, count, NULL); 15 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_join(threads[i], NULL); 16 return 0; 17 } Wieso ist das Energebnis nicht 12000? Der konkurrierende Zugriff auf die globale Variable counter wird nicht synchronisiert. Es kommt zur Race Condition. Probeklausur 18

19 2a) Synchronisation 3) Race-conditions 1 #define NTHREADS 6 2 int counter = 0; 3 pthread_t threads[nthreads]; 4 5 void* count (void*arg) { 6 int i; 7 for(i=0;i<2000;i++) counter++; 8 printf("%d,", counter); 9 pthread_exit(null); 10 } int main (void) { 13 int i; 14 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_create(&threads[i], NULL, count, NULL); 15 for(i=0;i<nthreads;i++) pthread_join(threads[i], NULL); 16 return 0; 17 } pthread_mutex_lock(&lock): nach Zeile 6 pthread_mutex_unlock(&lock): nach Zeile 8 Probeklausur 19

20 2b) Verklemmungen Nennen Sie stichpunktartig die drei Vorbedingungen, die erfüllt sein müssen, damit es überhaupt zu einer Verklemmung kommen kann, und erklären Sie diese jeweils kurz mit eigenen Worten. Probeklausur 20

21 2b) Verklemmungen Nennen Sie stichpunktartig die drei Vorbedingungen, die erfüllt sein müssen, damit es überhaupt zu einer Verklemmung kommen kann, und erklären Sie diese jeweils kurz mit eigenen Worten. Exklusive Belegung von Betriebsmitteln (mutual exclusion) die umstrittenen Betriebsmittel sind nur unteilbar nutzbar Nachforderung von Betriebsmitteln (hold and wait) die umstrittenen Betriebsmittel sind nur schrittweise belegbar Kein Entzug von Betriebsmitteln (no preemption) die umstrittenen Betriebsmittel sind nicht rückforderbar Probeklausur 21

22 3a) Speichersegmentierung Geben Sie für die Speicheranfragen (logische Adressen) 0x0000BEEF und 0x1CEB00DA die physikalische Adresse unter Anwendung des Speichersegmentierungsverfahrens an. Die höchstwertigen 8 Bit der logischen Adresse geben die Position innerhalb der Segmenttabelle an. Löst eine Speicheranfrage eine Zugriffsverletzung aus, so machen Sie dies bitte kenntlich. Startadresse Länge E FF B FFFF FF FFFF 16 Probeklausur 22

23 3a) Speichersegmentierung Anfrage: 0x00 00 BEEF Segmenttabellenbasisregister Segmenttabelle Startadresse Länge E FF BEEF logische Adresse B FFFF FF FFFF 16 ja < Trap: Schutzverletzung BFCF physikalische Adresse

24 3a) Speichersegmentierung Anfrage: 0x1CEB00DA Segmenttabellenbasisregister Segmenttabelle Startadresse Länge E FF C EB00DA logische Adresse B FFFF < FF FFFF 16 ja Trap: Schutzverletzung + 00EC00DA physikalische Adresse

25 3b) Buddy-Verfahren Prozess B: Prozess B belegt 9 MiB A A A A Probeklausur 25

26 3b) Buddy-Verfahren Prozess B: Prozess B belegt 9 MiB A A A A Lösung: A A A A B B B B B B B B Probeklausur 26

27 3b) Buddy-Verfahren Prozess C: Prozess C belegt 1 MiB A A A A B B B B B B B B Probeklausur 27

28 3b) Buddy-Verfahren Prozess C: Prozess C belegt 1 MiB A A A A B B B B B B B B Lösung: A A A A C B B B B B B B B Probeklausur 28

29 3b) Buddy-Verfahren Prozess D: Prozess D belegt 6 MiB A A A A C B B B B B B B B Probeklausur 29

30 3b) Buddy-Verfahren Prozess D: Prozess D belegt 6 MiB A A A A C B B B B B B B B Belegung ist nicht möglich Lösung: A A A A C B B B B B B B B Probeklausur 30

31 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel 1 5 Kachel 2 Kachel 3 Kontrollzustände Kachel 1 0 Kachel 2 Kachel 3 Probeklausur 31

32 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel 2 3 Kachel 3 Kontrollzustände Kachel Kachel 2 0 Kachel 3 Probeklausur 32

33 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel 3 Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel 3 Probeklausur 33

34 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel 3 1 Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel 3 0 Probeklausur 34

35 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel Probeklausur 35

36 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel Probeklausur 36

37 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel Probeklausur 37

38 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel Probeklausur 38

39 3c) LRU - Seitenersetzung LRU (Least Recently Used), Referenzfolge:5,3,5,1,2,5,4,6,1 Referenzfolge Hauptspeicher Kachel Kachel Kachel Kontrollzustände Kachel Kachel Kachel Probeklausur 39

40 4) Ein-/Ausgabe und Dateisysteme 4a) Nennen Sie vier E/A-Geräte Tastatur Maus Monitor Drucker Probeklausur 40

41 4) Ein-/Ausgabe und Dateisysteme 4b) Direct Memory Access (DMA). Was bedeutet DMAgetriebene Ein- und Ausgabe (E/A)? Gerätekontroller überträgt Daten direkt in den Hauptspeicher. Die CPU wird weitestgehend entlastet. Probeklausur 41

42 Auswertung Bitte schnell einmal die Punkte zusammenzählen Notenspiegel: Punkte Note 38, , ,5 27, Probeklausur 42

43 Weitere Hinweise zur Vorbereitung Inhalt der Folien lernen Klassifizieren: Was muss ich lernen? Was muss ich begreifen? Übungsaufgaben verstehen, C und UNIX können AsSESS-System bleibt mindestens bis zur Klausur offen bei Fragen zur Korrektur melden Am besten die Aufgaben noch einmal lösen Optionale Zusatzaufgaben bearbeiten Literatur zur Lehrveranstaltung durchlesen BS-Forum nutzen Probeklausur 43

44 Empfohlene Literatur [1] A. Silberschatz et al. Operating System Concepts. Wiley, ISBN [2] A. Tanenbaum: Modern Operating Systems (2nd ed.). Prentice Hall, ISBN [3] B. W. Kernighan, D. M. Ritchie. The C Programming Language. Prentice-Hall, ISBN (paperback) (hardback) [4] R. Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment, Addison-Wesley, ISBN Viel Erfolg bei der Klausur! Probeklausur 44