Klausur zur Vorlesung Grundlagen der Betriebssysteme WS 2011 / 2012

Transkript

1 Name: Matrikelnummer: Studiengang: INF CV IM Lehramt BSc MSc BEd MEd Diplom Klausur zur Vorlesung Grundlagen der Betriebssysteme WS 0 / 0 Montag, den. Februar 0, 09: Uhr 0: Uhr Prof. Dr. D. Zöbel, Dipl. Inform. F. Bohdanowicz Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Klausurexemplar vollständig (alle 6 Aufgaben vorhanden) ist. Schreiben Sie auf das Deckblatt Ihren Namen, Ihren Vornamen, Ihre Matrikelnummer und Ihren Studiengang. Schreiben Sie auf jedes Aufgabenblatt Ihren Namen und Ihren Vornamen. Verwenden Sie zur Lösung der Aufgabenblätter einen dokumentenechten Stift und schreiben Sie bitte leserlich. Schreiben Sie bitte die Lösungen auf die Aufgabenblätter. Sie können auch die Rückseiten der Aufgabenblätter verwenden. Weiteres Schreibpapier kann angefordert werden. Die Verwendung eines Taschenrechners ist erlaubt. Andere Hilfsmittel sind nicht zugelassen. Aufgab 6 gesamt Punkt 0 7 erreicht Note

2 Name: Punkte: Wissen im Fachgebiet Betriebssysteme a) ( Punkte) Seagate verbaut in seiner aktuellen Festplatten-Serie Constellation ES mit 00GByte einen Cachespeicher von gerade mal 6 MByte Größe. Heutige Desktop-Systeme werden mit mindestens GByte Arbeitsspeicher ausgestattet. Somit sitzt zwischen 00 GByte Festplattenspeicher und GByte Arbeitsspeicher ein 6 MByte großer Cachespeicher. Erläutern Sie, warum Festplatten-Cachespeicher aus der Größenordnung der Speicherhierarchie herausfallen! Warum wirken sich Cachespeicher trotzdem beschleunigend auf das System aus. b) ( Punkte) Erläutern Sie den Unterschied zwischen preemptive und non-preemptive Scheduling und nennen und beschreiben Sie jeweils eine Scheduling-Strategie, die in die jeweilige Kategorie passt. c) ( Punkte) Bei der Entstehung eines Deadlocks haben wir hinreichende und notwendige Bedingungen kennengelernt. Nennen Sie diese Bedingungen und begründen Sie, warum diese als hinreichend oder notwendig zur Entstehung eines Deadlocks eingestuft werden! d) ( Punkte) Erläutern Sie kurz, was die Aufgabe des Hypervisors bei der Virtualisierung ist!

3 Name: Punkte: RAID Systeme a) ( Punkte) Warum ist ein Festplatten-Array vom Typ RAID-Level 0 kein eigentliches RAID im Sinne der RAID- Architektur? Welchen Vorteil bietet der Einsatz von RAID-0? b) ( Punkte) Sie sollen ein RAID-System mit 0 TByte Speicherplatz aufbauen und dafür auf die notwendige Anzahl an baugleichen Festplatten mit TByte Speichergröße zurückgreifen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit (Annual Failure Rate (AFR)) der ausgewählten Platten liegt bei %. (Anmerkung: Im Folgenden genügt das Aufstellen der Nebenrechnung und einsetzen der Werte. Das Berechnen des Ergebnisses ist nicht erforderlich.) i) Wie wird die Zuverlässigkeit (P S ) des Systems berechnet, wenn die Festplatten im RAID-0 Array betrieben werden und lediglich die AFR berücksichtigt wird? ii) Wie wird die Zuverlässigkeit (P S ) des Systems berechnet, wenn die Platten im RAID-6 Array betrieben werden und lediglich die AFR berücksichtigt wird? c) ( Punkte) Ein 0 TByte RAID- Array, bestehend aus der entsprechenden Anzahl an TByte Festplatten, soll als Storage-Server in einem Firmen-Netzwerk eingebunden werden. Zusätzlich soll ein baugleiches RAID- Array im Firmen-Netzwerk eingebunden werden, welches alle Daten des ersten Systems vollständig spiegelt. i) Wie viel TByte Festplatten werden insgesamt für beide RAID- Arrays benötigt, um die geforderten 0 TByte Nutzdaten abzusichern? E ii) iii) Wie viele Festplatten dürfen unabhängig voneinander im Gesamtsystem ausfallen und wie viele Platten dürfen maximal ausfallen, ohne die Konsistenz der Nutzdaten zu beeinträchtigen? Begründen Sie Ihre Antwort kurz! iii) Wie berechnet sich die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems, wenn lediglich die Annual Failure Rate (AFR hier %) berücksichtigt wird? (Formel genügt!) A iv)

4 Name: Punkte: 0 Verteilte Systeme a) ( Punkte) Bestimmen Sie für das gegebene Szenario die Vektorzeiten für die einzelnen Ereignisse j e i. Geben Sie für die nachfolgenden Ereignispaare (a und b) jeweils an, ob sie bezüglich ihrer Vektorzeiten in der Relation a b oder a b stehen. P 6 P e e e e P (i) (ii) (iii) und und und b) ( Punkte) Bei der sogenannten Lamport-Zeit werden für jeden Knoten Uhren eingeführt, die jedem Ereignis eine Uhrzeit zuordnen. Erläutern Sie anhand geeigneter Ereignisse des Beispiels aus a) die Schwäche der Lamport-Zeit gegenüber der Vektorzeit. Gehen Sie in Ihrer Erläuterung auf die in der Vorlesung vorgestellte Implikation '' a vor b c(a)< c( b) '' zur Lamport-Zeit ein.

5 Name: Punkte: Synchronisation mit Semaphoren Gegeben ist das folgende Beispiel für das Leser-/Schreiber Problem in Pseudo-Code. Eine Anzahl an Lesern und Schreibern greift auf einen gemeinsamen Datenbereich zu (über die Funktionen READUNIT() und WRITEUNIT()). Es können beliebig viele Leser gleichzeitig den Datenbereich lesen. Es kann immer nur ein Schreiber in den Datenbereich schreiben. Falls ein Schreiber schreibt, so kann der Datenbereich nicht gleichzeitig von einem Leser gelesen werden. In diesem Beispiel besitzen die Leser eine höhere Priorität beim Zugriff auf den Datenbereich. Ändern Sie das Programm so ab, dass die Schreiber eine höhere Priorität erhalten, d.h. möchte ein Schreiber auf den Datenbereich zugreifen, so müssen wartende Leser dem Schreiber vortritt gewähren. (Hinweis: Sie benötigen weitere Semaphore und eine weitere Zählervariable für das neue Programm mit Priorität für den Schreiber). int count; semaphore semx=, semy=; void reader() while(true) P(semX); count++; if(count==) P(semY); V(semX); READUNIT(); void writer() while(true) P (semy); WRITEUNIT(); V(semY); P(semX); count--; if(count==0) V(semY); V(semX); void main() count = 0; pargebin(reader,writer);

6 Name: Punkte: Gegenseitiger Ausschluss Mithilfe des nachfolgenden Programmcodes soll der gegenseitige Ausschluss von zwei Prozessen P und P realisiert werden. Bewerten Sie, ob der Programmcode eine geeignete Lösung darstellt und untersuchen Sie dazu explizit die folgenden Kriterien:. Nur ein Prozess darf sich im kritischen Gebiet befinden.. Will nur ein Prozess ins kritische Gebiet, so gelangt er schließlich hinein.. Wollen beide Prozesse ins kritische Gebiet, gelangt schließlich einer hinein.. Keine Aktion von außerhalb hat Einfluss auf das Betreten und Verlassen des kritischen Gebietes. Begründen Sie Ihre Aussagen anhand des gegebenen Codes. Programmcode: #define drinnen #define draussen 0 common int marke = ; common int p = draussen; common int p = draussen; P:: p = drinnen; if (p == drinnen) if (marke == ) marke = ; p = draussen; while (marke == ) p = drinnen; while (p == drinnen) /* kritisches Gebiet */ p = draussen; P:: p = drinnen; if (p == drinnen) if (marke == ) marke = ; p = draussen; while (marke == ) p = drinnen; while (p == drinnen) /* kritisches Gebiet */ p = draussen;

7 6 Name: Punkte: Multiple-Choice Diese Aufgabe umfasst Multiple-Choice Cluster mit je Ankreuzfragen. Für jedes Cluster gilt: Wenn alle Kreuze an der richtigen Stelle stehen, gibt es Punkte für das Cluster. Ein falsches Kreuz gibt einen Punkt Abzug. Wer richtige und falsche Kreuze in einem Cluster macht, erhält +--=0 Punkte. Es gibt keine negativen Gesamtpunktzahlen. Jedes Cluster bringt 0 bis Punkte. Ja Nein Aussagen a) Threads und Prozesse. o o. o o Unter Unix/Linux erzeugt der Systemcall fork() einen neuen Thread innerhalb eines bereits laufenden Prozesses. Unter dem Betriebssystem Windows XP kann ein Thread mehreren Prozessen zugeordnet werden.. o o In Java besitzen Threads einen eigenen Adressraum.. o o In einem Symmetrischen Mehrprozessorsystem (SMP-Architektur) können Threads eines Prozesses verschiedenen Prozessoren zur Ausführung zugewiesen werden. b) Virtuelle und physikalische Adressierung. o o. o o. o o. o o c) Verschiedenes. o o. o o. o o. o o Die Umsetzung der virtuellen Adressen auf den physikalischen Speicher wird von der MMU durchgeführt und benötigt daher keine Berechnungszeit. Beim Segmentation Fault wird eine Adresse angesprochen deren zugehöriger Seitenrahmen nicht im Arbeitsspeicher liegt und nachgeladen werden muss. Die Seitenfehlerrate des Seitenaustauschalgorithmus FIFO wird durch eine Vergrößerung des Arbeitsspeichers immer verbessert. Der virtuelle Adressraum kann größer sein als der adressierbare physikalische Speicher. Bei einem Mikrokern-basierten Betriebssystem ist die Unterbrechungsbehandlung Bestandteil des Kernels. Die Aufgabe des Binders (Linker) ist es, ein Programm zum Zwecke seiner Ausführung an freie Adressen des Hauptspeichers zu binden (verlinken). Beim Verfahren von Christian zur Zeitmessung (Christiansalgorithmus) sendet ein Zeitserver seinen Clients eine errechnete zeitliche Differenz zu deren Uhrumstellung zu. Die Beschleunigung eines Mehrprozessorsystems durch zusätzliche Prozessoren wird durch einen gemeinsam genutzten Bus beeinträchtigt.