(Prof. Dr. J. Schlichter, WS 2011 / 2012) Übungsleitung: Dr. Wolfgang Wörndl
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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 10 der Hausaufgaben vor der nächsten Tutorübung (KW 04: ) 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 Skript zur Vorlesung: Kapitel 5, insb. 5.6 Tanenbaum Modern Operating Systems [Tan09]: Abschnitte aus Kapitel 3 Memory Management Siegert, Baumgarten Betriebssysteme [SB06]: Kapitel 8: Virtualisierung
2 1 Paging, Clock /Second Chance, virtuelle- und physische Adresse (Tutoraufgabe) Vorstellung der Seitenersetzungsstrategie: Clock/Second Chance. Gegeben sei ein Rechnersystem mit 8 Kacheln, die Seitentabelle sei entsprechend folgender Tabelle belegt. Seite Kachel Ladezeit R-Bit M-Bit Seitentabelle Geben Sie den Inhalt der Seitentabelle inklusive R-Bit und M-Bit nach der Folge von Schreibzugriffen auf die Seiten 2,5,7,10 an, wenn der Clock-Seitenersetzungsalgorithmus verwendet wird (oder unter Verwendung des FIFO Second Chance Seitenersetzungsalgorithmus). Wenn eine Seite eine zweite Chance bekommt wird ihre Ladezeit auf den aktuellen Wert gesetzt. 1.2 Adressübersetzung Für die oben angegebene ist die Adressübersetzung beim Paging näher zu betrachten. Der Computer hat eine Hauptspeichergröße von 64 KB und einen Virtuellen Speicher. Er will 32 virtuelle Seiten adressieren. Sie betrachten die unveränderte Tabelle (siehe oben) als Grundlage für die folgenden n. 1. Wie lautet die höchste virtuelle Speicheradresse? 2. Wie viele Bits sind für die virtuelle und physische Adresse mindestens zu reservieren? 3. Welche virtuellen Adressen hat ein Programm verwendet, wenn die Hauptspeicher-Zugriffe auf das (a) Byte #8192 (absolute Adressierung)
3 (b) Byte #565 (Offset) der Kachel 4 erfolgen? 4. Ein Programm liest von den virtuellen Adressen #73868, #90113 und # Welche Hauptspeicheradressen werden angesprochen? Diese wird in der Tutorübung besprochen und soll NICHT abgegeben werden.
4 39 (Virtualisierung) Virtualisierung macht in vielen praktischen Anwendungsfällen Sinn. Häufig kommen dabei die aus der objektorientierten Modellierung bekannten Entwurfsmuster (design patterns) Fassade und Stellvertreter (auch Proxy oder Surrogate genannt) zum Einsatz. 2 Cache Hits und Misses (Tutoraufgabe) (a) Erarbeiten Sie sich diese beiden Entwurfsmuster. (b) Wie unterscheiden sich die beiden Entwurfsmuster bei der Nutzung zur Umsetzung von Kennenlernen Virtualisierung? wichtiger Begriffe und Techniken in Zusammenhang mit Cache Hits und Misses 40 (H) (Cache Hits und Misses (5 P)) Nehmen Sie folgende Speicherarchitektur an: Bytes im Speicher sind einzeln adressierbar und Nehmen Speicherzugriffe Sie folgende erfolgen Speicherarchitektur auf einzelne Bytes (also an: Bytes nicht z.b. im auf Speicher 4-Bytesind Wörter). einzeln Adressen adressierbar haben und Speicherzugriffe eine Größe von 13 erfolgen Bits. Der aufcache einzelne ist 2-Wege Bytes (also assoziativ, nicht benutzt z.b. aufeine 4-Byte Blockgröße Wörter). vonadressen 4 Bytes haben undeine 8 Mengen. GrößeDer voninhalt 13 Bits. des Caches Der Cache sei der istfolgende 2-Wegeinassoziativ, Abb 1 (die Zahlen benutzt sind eine hexadezimaler Blockgröße von 4 Bytes Notation undgegeben): 8 Mengen. Der Inhalt des Caches sei der folgende (die Zahlen sind in hexadezimaler Notation gegeben): Reihe 0 Reihe 1 Menge Tag Gültig Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Tag Gültig Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte F F E BC 0B 37 2 EB B B AD 4 C C C2 3B B DE 18 4B 6E A0 B7 26 2D F DE 1 12 C (a) Wie verteilen sich die 13 Bit einer Adresse auf die Teile Blockoffset (CO), Mengenindex (CI) und Tag (CT)? Erläutern Figure Sie die 1: Cache-Inhalt drei Begriffe. (b) Nehmen Sie an, ein Programm referenziert ein einzelnes Byte an der physikalischen Speicheradresse Adressierung 0x0E34. Bestimmen Sie CO, CI, und CT. Gibt es einen Cache-Miss? Welcher 2.1 Wert wird zurückgegeben (hexadezimal)? Wie verteilen sich die 13 Bit einer Adresse auf die Teile Blockoffset (CO), Mengenindex (CI) und (c) Tag Wiederholen (CT)? Erläutern Sie (b) Sie fürdie diedrei Adresse Begriffe. 0x0DD Zugriff I Nehmen Sie an, ein Programm referenziert ein einzelnes Byte an der physikalischen Speicheradresse 0x0E34. Bestimmen Sie CO, CI, und CT. 2Gibt es einen Cache-Miss? Welcher Wert wird zurückgegeben (hexadezimal)? 2.3 Zugriff II Wiederholen Sie 2.2 für die Adresse 0x0DD5. Diese wird in der Tutorübung besprochen und soll NICHT abgegeben werden.
5 3 Paging (Hausaufgabe) Das Prinzip des Paging soll an dieser verdeutlicht werden. Bei der Ausführung eines Speicherzugriffs bei der virtuellen Speicherverwaltung kann es vorkommen, dass sich die referenzierte Seite nicht im Arbeitsspeicher befindet. Diese Situation wird Seitenfehler (page fault) genannt. Die Behandlung eines Seitenfehlers erfordert i.a. Maßnahmen zur Ersetzung einer Seite im Arbeitsspeicher, d.h. um die gewünschte Seite in eine Kachel (frame) des Arbeitsspeichers einlagern zu können, muss zunächst eine andere Seite vom Arbeitsspeicher auf den Hintergrundspeicher ausgelagert werden oder eine unveränderte Seite kann verworfen werden. Die Menge der Seiten sei gegeben durch N = {0, 1, 2, 3, 4, 5} und die Menge der Kacheln, die für die Speicherung der Seiten im Arbeitsspeicher zur Verfügung steht, sei gegeben durch F rame 4 = {f 1, f 2, f 3, f 4 }. Auf die 6 Seiten der Menge N werde in folgender Reihenfolge zugegriffen: w = Arbeiten Sie mit den zur Verfügung stehenden Kacheln der Menge F rame 4 die Seitenzugriffsfolge w gemäß den Ersetzungsstrategien FIFO : First in First out LIFO : Last in First out, LRU : Least Recently used, LFU : Least Frequently used ab, und vergleichen Sie diese anhand der Seitenfehleranzahlen! 2. Die Menge der Kacheln werde vergrößert zu F rame 5 = {f 1, f 2, f 3, f 4, f 5 }. Arbeiten Sie w analog zu Teilaufgabe (a) ab, und vergleichen Sie die Seitenfehleranzahlen! 3. Welche Eigenschaft der Ersetzungsstrategien ist wünschenswert in Bezug auf die Anzahl der Kacheln und welche der oben genannten Strategien erfüllt diese nicht. Die ganze in der PDF-Hausaufgabenabgabe
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