Assignment #2. Virtueller Speicher Virtual Memory WS 2012/2013 IAIK 1

Transkript

1 Assignment #2 Virtueller Speicher Virtual Memory WS 2012/2013 IAIK 1

2 Organisatorisches:Termine Ab Montag Tutorien Designdiskussionen Abgabe Designdokument Abgabe Implementierung danach Abgabegespräche IAIK 2

3 IAIK 3 Organisatorisches Team-Reorganisation Wenn Ihr Team de fakto nur mehr aus Ihnen selbst besteht UND wir das noch nicht wissen SOFORT dem Tutor melden

4 Organisatorisches Second Chance Wenn Sie in Assignment 1 nicht genügend Punkte erreicht haben, erhalten Sie die 2. Chance Abgabeschluss Assignment 1': Designpräsentationen Abgabe DD Abgabe Implementierung A IAIK 4

5 TASK 1 VM Bisher: reines paging Kein virtueller Speicher wenn Speicher voll: Problem Jetzt: virtueller Speicher! Lineare Adressen virtuelle Adressen Swapping auf Blockdevice implementieren IAIK 5

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8 IAIK 8 Zu beachten Für echtes VM-feeling ist zu viel RAM schädlich. Künstlich Engpass erzeugen Testprogramme sollen gezielt Verhalten der Replacement- Strategie überprüfen

9 IAIK 9 Zu beachten Es ist ein Kernel-Thread zu schreiben, der "im Hintergrund" laufend Seiten fürs Auslagern auswählt, sodass es bei einem pagefault immer eine freie Seite gibt!

10 IAIK Optimierungen - Zusatzpunkte - Codepages nicht swappen - Code-Page sharing zw. nicht-"verwandten" Prozessen - Page Tables swappen - Pre-Swapping - Pages, die schon am Swap-device liegen und nicht verändert wurden, wiederverwenden - Kernelpages swappen - Eigene Ideen!

11 Copy-On-Write Achtung: ein Prozess kann auch mehrfach geklont werden Auch Ein-/Auslagern der Seiten darf natürlich keine Probleme bereiten! IAIK 12

12 Hinweise Wichtig: Neben der Aufgabe, Virtual Memory zum Laufen zu bringen, ist diese Phase auch als offenes Design Problem gedacht. Wir erwarten, dass Sie ein Design erarbeiten, das in einem echten System Sinn machen würde, und dass Sie Ihre Entscheidungen im Review verteidigen können. Es gibt hier nicht eine "richtige" Antwort, aber jede Menge falsche! IAIK 13

13 Hinweise local / global policy resident set size working set page fault frequency algorithm keine Vorgaben! Ihre Entscheidung! IAIK 14

14 Optionale Tasks Shared Memory Implementieren Sie die Möglichkeit, dass zwei oder mehrere User- Prozesse einen gemeinsamen Speicherbereich verwenden können. Erstellen Sie hierfür auch ein geeignetes Konzept. Beantworten Sie mit Ihrem Konzept folgende Fragestellungen: IAIK 15

15 Shared Memory Welche Services müssen Sie hier anbieten und wie können die Prozesse diese Services anfordern? Wenn mehrere Prozesse verschiedene gemeinsame Speicherbereiche verwenden wollen, wie können Sie dies unterscheiden? Wie sagt ein Prozess dem Betriebssystem, auf welchen dieser Speicherbereiche er Zugriff haben möchte? Wie - und wo - wird der gemeinsame Speicher in den virtuellen Adressraum jedes einzelnen Prozesses "eingeblendet"? Kann die Größe des gemeinsamen Speichers erhöht werden, falls der Prozess das möchte (und falls ja, wie), oder hat der Bereich nach der Erzeugung eine fixe Größe? Was tun bei fork()? IAIK 16

16 Shared Memory welche Adresse? klar im freien Bereich logisch Beginn einer Seite IAIK 17

17 IAIK 18 Shared Memory Stack pointer Shared memory Daten Code

18 IAIK 19 Shared Memory Stack Stack pointer Shared memory Daten pointer Shared memory Daten Code Code

19 Shared Memory Achtung: shared memory wird danach nicht über syscalls verwendet sondern jeweils über pointer in allen beteiligten Prozessen! (syscalls nur für das Verwalten!) IAIK 20

20 IAIK 21 Shared Memory Beispiel: char *smem_ptr; smem_ptr = mmap(...); strcpy(mystring,smem_ptr);

21 IAIK 22 Shared Memory Syscalls sind vorgegeben Doku siehe man-pages int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode); int shm_unlink(const char *name); void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags,int fildes, off_t off); int munmap(void *addr, size_t len);

22 IAIK 23 Optionale Tasks Memory Mapped File I/O Bisher: File-Zugriffe über open/read/write/close-syscalls Jetzt: über Speicherzugriffe!

23 IAIK 24 Memory Mapped File I/O Stack char * pointer; int fildes; fildes = open(filename, O_RDWR); pointer = mmap(fildes, MAXFILELEN, PROT_READ, ); Datei Daten Code

24 IAIK 25 Memory Mapped File I/O Stack Zugriffe jetzt möglich über pointer Datei Daten memcpy(destination,pointer, len) schreiben: Datei wird aktualisiert Code

25 IAIK 26 Syscalls / mmap void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags,int fd, off_t off); fd: Filedeskriptor, von vorangegangenem open len: Länge des einzublendenden Bereichs prot: PROT_READ nur lesen PROT_WRITE auch schreiben off: Offset im File, Vielfaches der pagesize

26 IAIK 27 Syscalls / mmap void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags,int fildes, off_t off); flags: MAP_SHARED / MAP_PRIVATE MAP_SHARED: Änderungen auch bei anderem Prozess sofort sichtbar und in Datei gespeichert MAP_PRIVATE: Änderungen nur für den aktuellen User-Prozess sichtbar

27 IAIK 28 Syscalls / munmap int munmap(void *addr, size_t len); *addr: Startadresse des Bereichs (Rückgabewert von fmap) length: hier irrelevant munmap mit ungültiger Adresse muss zu einem Fehler führen!

28 was ist zu überlegen welche Adresse? klar im freien Bereich logisch Beginn einer Seite wann/wie einlesen? demand paging Updates wann zurückschreiben nicht bei jeder Modifikation sonst: Ihre Entscheidung IAIK 29

29 IAIK 30 was ist zu überlegen mehrere User-Programme haben dieselbe Datei gemapped was tun? fork: File muss auch bei neuem Userprozess verfügbar sein!

30 Optionaler Task sbrk/malloc Speicherstruktur eines Prozesses: IAIK 31

31 Bonustask sbrk/malloc Veränderung des break durch Systemcalls int brk(void *end_data_segment); void *sbrk(ptrdiff_t increment); IAIK 32

32 Bonustask sbrk/malloc Brk/sbrk unpraktisch void *malloc(size_t size); void free(void *s); IAIK 33

33 Bonustask sbrk/malloc malloc/free sind kein syscall sondern eine library routine! Verwendungsbeispiel: char* newstring; newstring = malloc(128);... free(newstring); IAIK 34

34 Bonustask sbrk/malloc Implementierung Syscall sbrk und malloc/free Bewertung nach Qualität Ihres Designs IAIK 35

35 IAIK 36 Designdokument Änderung: Executive Summary darf bis zu vier Seiten lang sein