Übung zu Einführung in die Informatik # 10

Transkript

1 Übung zu Einführung in die Informatik # 10 Tobias Schill tschill@techfak.uni-bielefeld.de 15. Januar 2016 Aktualisiert am 15. Januar 2016 um 9:58 Erstklausur: Mi, von 10-12Uhr

2 Aufgabe 1* a), b) a) Warum ist der Arbeits- und der Hintergrungsspeicher in Kacheln eingeteilt? Antwort: Einfachere Einteilung in gleich große Bereiche einfachere Zuordnung möglich. b) Wie können Löcher im Arbeitsspeicher entstehen? Antwort: Durch die Prozessverwaltung (Round Robin) befinden sich mehrere Prozesse gleichzeitig im Arbeitsspeicher, die aber unterschiedlich lange dauern. Ist ein Prozess fertig, so wird dieser beendet und es entsteht ein Loch, da dieser Speicherplatz nicht unbedingt aufgefüllt werden kann.

3 Aufgabe 1* a), b) a) Warum ist der Arbeits- und der Hintergrungsspeicher in Kacheln eingeteilt? Antwort: Einfachere Einteilung in gleich große Bereiche einfachere Zuordnung möglich. b) Wie können Löcher im Arbeitsspeicher entstehen? Antwort: Durch die Prozessverwaltung (Round Robin) befinden sich mehrere Prozesse gleichzeitig im Arbeitsspeicher, die aber unterschiedlich lange dauern. Ist ein Prozess fertig, so wird dieser beendet und es entsteht ein Loch, da dieser Speicherplatz nicht unbedingt aufgefüllt werden kann.

4 Aufgabe 1* c) c) Warum können diese Löcher nicht einfach dadurch geschlossen werden, dass in diesen Löchern Teile von Prozessen abgelegt werden? Antwort: Die Größe der Löcher passt nicht unbedingt auf den nächsten Prozess. Ein Aufteilen eines Prozesses ist auch nicht möglich, da die CPU von einer sequentiellen Abfolge der Befehle ausgeht.

5 Aufgabe 1* d) d) Wozu wird virtueller Speicher benötigt? Antwort: Der virtuelle Speicher gaukelt der CPU eine sequentielle Reihenfolge der Prozesse vor, wenn diese nicht sequentiell im Arbeitsspeicher liegen.

6 Aufgabe 1* e) e) Warum kann dieser nicht beliebig groß sein, obwohl er in Wirklichkeit gar nicht existiert? Antwort: Begrenzt durch die möglichen Adressen, die es im echten Speicher gibt.

7 Aufgabe 1* f) f) Erläutern Sie wie man von einer virtuellen logischen Adresse auf die echte physikalische Adresse im Arbeitsspeicher kommt.

8 Aufgabe 1* g) g) Wie kann man den Offset anschaulich interpretieren? Antwort: Vergleich mit Raumnummern in der Uni: Seiten-Nr entspricht C3, Offset entspricht 155.

9 Aufgabe 1* h) h) Was passiert, falls die Seite, auf die sich die logische Adresse bezieht, nicht im Arbeitsspeicher ist? Wie findet man diese Seite im Hintergrundspeicher? Antwort: Die Seite, muss dann komplett vom Hintergrundspeicher in den Arbeitsspeicher geladen werden. Ist dort nichts mehr frei muss eine Kachel ausgelagert werden (Not-Recently-Used Strategie). Hat das V-Bit in der Seitentabelle den Wert 0 (zugehörige Seite ist nicht im Arbeits- sondern im Hintergrundspeicher), so interpretiert man die Kachelnummer in der Seitentabelle nicht als Seite im Arbeitsspeicher, sondern als Eintrag in die gesonderte Seitentabelle für den Hintergrundspeicher; dort ist dann die Kachelnummer der gesuchten Kachel im Hintergrundspeicher vermerkt.

10 Aufgabe 2)* a) Erläutern Sie die Motivation hinter der Seiten-Ersetzungsstrategie not-recently-used. Antwort: Ziel: Auslagern von Seiten, die wahrscheinlich in näherer Zukunft nicht benötigt werden. b) Wie kann es passieren, dass das Modified-Bit auf 1 steht, während das Access-Bit den Wert 0 hat? Antwort: Wurde zwar nicht mehr benutzt (Zeitintervall zum Zurücksetzen des Access-Bit), aber bearbeitet.

11 Aufgabe 2)* c) c) Recherchieren Sie im Internet eine weitere Seiten-Ersetzungsstrategie und erläutern Sie diese. Antwort: First In First Out (FIFO): Die älteste Seite wird ersetzt. Diese Strategie ist ineffizient, da die älteste Seite durchaus eine Seite mit sehr häufigen Zugriffen sein kann. Least recently used (LRU): Die am längsten nicht genutzte Seite wird ausgelagert. Least frequently used (LFU): Ein Zähler pro Seite zählt mit, wie häufig auf diese Seite zugegriffen wurde. Es wird diejenige Seite entfernt, auf die am wenigsten zugegriffen wurde. Unversehrtheit der Speicherseite: Wird eine Speicherseite ausgelagert, deren Inhalt sich gegenüber dem Inhalt auf der Festplatte geändert hat, muss die Änderung zurück auf die Festplatte geschrieben werden. Ansonsten entfällt das Zurückschreiben und man spart sich einen teuren IO-Zugriff.

12 Aufgabe 2)* c) Fortsetzung c)... Not recently used (NRU): Seiten, die innerhalb eines Zeitintervalls nicht benutzt und nicht modifiziert wurden, werden bevorzugt ausgelagert; danach Seiten, die entweder nicht benutzt oder nicht modifiziert wurden und als letzte Gruppe erst Speicherseiten, die benutzt und modifiziert wurden. Nächster Zugriff: Für jede Seite wird ermittelt, wie viele Instruktionen ausgeführt werden, bis auf die Seite zugegriffen wird. Es wird die Seite mit der größten Anzahl ausgewählt. Diese Strategie ist die theoretisch optimale Strategie; sie kann allerdings ohne genaue Kenntnis über den Programmablauf nicht implementiert werden.