(Prof. Dr. J. Schlichter, WS 2011 / 2012) Übungsleitung: Dr. Wolfgang Wörndl (gbs-ws11@mailschlichter.informatik.tu-muenchen.de)

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1 Übung zur Vorlesung Grundlagen Betriebssysteme und Systemsoftware (Prof. Dr. J. Schlichter, WS 2011 / 2012) Übungsleitung: Dr. Wolfgang Wörndl (gbs-ws11@mailschlichter.informatik.tu-muenchen.de) Übungsblatt 9 der Hausaufgaben vor der nächsten Tutorübung (KW 03: ) per an den Tutor der eigenen Gruppe. Der Betreff der Mail sollte folgendem Schema genügen: GBS HA: Übungsblattnummer; Übungsgruppennummer Musterlösungen Tutoraufgaben: ab (18 Uhr), auf der Download. Übungswebseite zum Musterlösungen Hausaufgaben: Download. ab (18 Uhr), auf der Übungswebseite zum Stoff Es wird empfohlen folgende Literatur durchzuarbeiten: Skript zur Vorlesung: Kapitel 5 Tanenbaum Modern Operating Systems [Tan09]: Abschnitte aus Kapitel 3 Memory Management 1 Siegert, Baumgarten Betriebssysteme [SB06]: Kapitel 8: Virtualisierung 1 Kapitel in der älteren 2. Auflage von 2003 des gleichnamigen Buches

2 1 Adressrechnungen I (Tutoraufgabe) Die Breite einer virtuellen Adresse betrage 12 Bit. Als physikalischer Speicher stehen 256 Byte zur Verfügung. 1.1 Seitengrößen Zählen Sie alle möglichen Seitengrößen auf, bei denen der physikalische Speicher komplett genutzt wird! 1.2 Speichergröße Nehmen Sie im weiteren eine Seitengröße von 32 Byte an. Wieviel Speicher (Hintergrundspeicher, physikalischer Speicher, evtl. Puffer) müssen für den Betrieb mindestens zur Verfügung stehen? 1.3 Adressstruktur Wieviele Bits der virtuellen Adresse entfallen auf die Seitennummer und wieviel auf den Offset? Die wird in den Tutorübungen gemeinsam erarbeitet. Die soll NICHT abgegeben werden. 2 Adressberechnung II (Tutoraufgabe) Vertiefen und Verdeutlichen der verschiedenen Aspekte von virtueller Adressierung, Adressabbildung. Lösen Sie folgenden n! 2.1 Seiten-Kachel-Tabelle Berechnen Sie die Anzahl der notwendigen Einträge in einer Seiten-Kachel-Tabelle für alle neun möglichen Kombinationen von: Länge der virtuellen Adresse (und damit Größe des virtuellen Speicherbereichs): 16, 32, 64 Bit Seitengröße: 4 KB, 8 KB, 16 KB

3 2.2 Adresszusammensetzung Angenommen, Ihr System biete 32 Bit breite virtuelle Adressen und der physikalische Speicher sei über 24 Bit breite Adressen adressierbar. Geben Sie nun an, wieviele Bits der jeweiligen Adressen auf Seitennummer s und zugehöriges Offset wv bzw. auf Kachelnummer k und zugehöriges Offset wp für folgende Seitengrößen entfallen: 1 KB, 2 KB, 4 KB, 8 KB. 2.3 Hashing-artige Adressberechnung Bei diesem Ansatz wird direkt aus der Seitennummer die Nummer derjenigen Kachel ermittelt, in die die Seite immer einzulagern ist. Dann muss vor einem Zugriff nur noch geprüft werden, ob die angeforderte Seite schon geladen ist. Ein mögliches Verfahren ist, die Kachelnummer direkt aus festgelegten Bits der Seitennummer zu bilden. Die restlichen Bits dienen dann der Überprüfung, ob die geladene Seite auch der angeforderten Seite entspricht. Welchen Einfluss hat die Wahl, welche Bits der Seitennummer die Kachelnummer angeben? Überlegen Sie zuerst, wieviele Bits in unserem Fall für die Kachelnummer notwendig sind. Betrachten Sie anschließend die Fälle in denen die ersten, die letzten oder die mittleren Bits der Seitennummer die Kachelnummer angeben. In welchem Fall sind mehr Seitenwechsel zu erwarten? Welchen Vorteil/Nachteil bringt das geschilderte Seitenersetzungsverfahren? Bei welcher Ihnen aus der Praxis bekannten Speicherart macht soetwas Sinn? Die wird in den Tutorübungen gemeinsam erarbeitet. Die soll NICHT abgegeben werden. 3 Strategien zur Speicheralloziierung I (Tutoraufgabe) Kennenlernen von Stategien zur Alloziierung von freien Speicherbereichen. Es seien folgende Speicherverwaltungsstrategien gegeben: first fit next fit best fit worst fit

4 Für die Bewertung und den Vergleich dieser Strategien zum Belegen und Freigeben von zusammenhängenden Speicherbereichen seien die folgenden Eigenschaften von Interesse: 1. die Ausnutzung des Speichers, 2. die Art der Zerstückelung des Speichers, die damit verbundene Anzahl der Freibereiche und der Suchaufwand sowie 3. der Aufwand zur Erstellung und Führung der Verwaltungsstrukturen. Erklären Sie kurz die Funktionsweise der vier gegebenen Strategien und vergleichen Sie diese im Hinblick auf die vorgenannten Eigenschaften. 4 Adressrechnungen III (Hausaufgabe) Vertiefung der Prinzipien zur Speicheradressierung. Ein Computer mit 32 Bit-Adressen benutzt eine zweistufige Seitentabelle. Die virtuellen Adressen werden in ein 9 Bit Feld für die oberste Seitentabelle, und in ein 11 Bit Feld für die zweite Seitentabelle sowie in einen Offset aufgeteilt. 1. Wie groß sind die Seiten? 2. Aus wievielen Seiten besteht der virtuelle Adressraum? 3. Wie groß sind die Seitentabellen maximal (wenn pro Eintrag 4 Byte angenommen werden)? Als Text in der PDF-Hausaufgabenaubgabe. 5 Strategien zur Speicheralloziierung II (Hausaufgabe) Anwendung der Stategien zur Alloziierung von freien Speicherbereichen.

5 Gegeben sei eine Liste freier Speicherbereiche: 100kB - 400kB - 250kB - 200kB - 50kB Wie verhalten sich jeweils die Strategien first fit, next fit, best fit und worst fit auf die nacheinander eingehenden Speicheranforderungen 30kB, 60kB, 120kB, 20kB, 100kB, 250kB? Halten Sie dabei den Zustand nach jeder Speicheranforderung fest 2. Als Text und Grafik bzw. Tabelle in der PDF-Hausaufgabenaubgabe. 2 Skizzieren Sie die Zustände am besten tabellarisch mit einer Zeile pro Zustand zu einem Zeitpunkt.