5 Bit 7 Bit 10 Bit

Datum,Zeit 4.Juli 2008,08:00 09:30 Uhr(90min)

Aufgabenblätter 12 Seiten(einshl. Dekblatt)

erreihbare Punktzahl 75

zugelassene Hilfsmittel A (s.Prüfungsplan)

Studiengang Prf. Nr. Raum

AI 3618 C109

Name: Matrikelnummer:

Vorbemerkung DieKlausuristziemlihumfangreih.LassenSiesihnihtverunsihern,

Siebenötigen niht alle Punkte für dieNote 1,0; Sie benötigen weniger als die Hälfte der

Punkte fürdie Note4,0.

Hinweise:

ˆ Shreiben Siebitte Nameund Matrikelnummer aufjedes Aufgabenblatt.

ˆ ShreibenSieIhreLösungzudenAufgaben aufdenfreienPlatz,direktanshlieÿend

an die Fragestellungen. Wenn Sie zusätzlihe Blätter verwenden, so shreiben Sie

bitte Nameund Matrikelnummerauf jedesBlatt.

ˆ Shreiben Sielesbar!

VomPrüferauszufüllen:

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 Summe

Max.Punkte 19 25 8 10 3 10 75

Aufgabe 1 Virtueller Speiher

EinBetriebssystemverwendetPaging,umfürdievershiedenenProzessejeweilseinenvir-

tuellenHauptspeiherzurealisieren.Dervirtuelle Speiherwirdauf32MB Hauptspeiher

und16MBderFestplatteabgebildet(Swap-Spae).DieGesamtlängeeinerAdressebeträgt

28Bit.

5 Bit 7 Bit 10 Bit

PT1 PT2 PT3 Offset

6 Bit

DasBetriebssystemverwendeteinedreistugeSeitentabel-

le.DieLängedererstenSeitenadresse(PT1)beträgt5Bit;

die Länge der zweiten Seitenadresse (PT2) beträgt 7 Bit;

die Länge der dritten Seitenadresse (PT3) beträgt 6 Bit;

dieLänge desOsetsbeträgt 10Bit.

Allg.Hinweis:Shreiben Siebeiden folgenden Aufgaben immer den Rehenweg auf,z.B.

GröÿedesSpeiherbereih XY dividiert durh Anzahl Z.

1.1 (10 Punkte)

Ein Prozessbelegtfolgende Adressbereihe:

Prog. Teil Adressbereih Gröÿe inByte

TextSegment 0 - 420000 420001

HeapSegment 420001 - 19738070 19318070

StakSegment 268365945 268435456 69512

(1 Punkt)Wie viele Einträge hat dieSeitentabelle ersterStufe?

IndexPT15 Bit:

2 ⁵ = 32

(1 Punkt)Wie viele Einträge hat eineSeitentabelle zweiterStufe?

IndexPT27 Bit:

2 ⁷ = 128

(1 Punkt)Wie groÿ (inKilobyte,KB) ist ist eineSeite, wiegroÿ isteine Kahel?

Oset11 Bit:

2 ¹⁰ = 1024

(1 Punkt)Wie viele Seiten belegt dasStakSegment?

Gröÿe Stak-Segment /Gröÿe einer Seite

69 512 / 1024 = 67 , 88 . . . ⇒ 68

Seiten

(1 Punkt)Wie viele Seitentabellen dritterStufewerdenfür dasStakSegment benötigt?

Anzahl Seiten / Anzahl Einträge in einer Tabelle dritter Stufe

68 / 64 = 1 , 06 . . . ⇒

Es werdenzwei Tabellen dritterStufebenötigt.

(2 Punkte) Wie viele Seitentabellen dritter Stufe werden für das Text und das Heap-

Segment benötigt?

Anzahl Seiten:

19 738 071 / 1024 = 19 275 , 45 . . . ⇒ 19 276

Seiten. Anzahl Seiten / Anzahl Einträge in einer Tabelle dritter Stufe

19 276 / 64 = 301 , 17 . . . ⇒

Es werden 302 Tabellen dritterStufebenötigt.

(2 Punkte) Wie viele Seitentabellen zweiter Stufe werden für das Text und das Heap

Segment benötigt?

AnzahlderTabellendritterStufe/AnzahlderEinträgezweiterStufe:

302 / 128 = 2 , 35 . . . ⇒

Es werden3 Seitentabellen zweiterStufebenötigt.

(1 Punkt)Wie viele Kaheln verwaltet dasBetriebssystem?

Gröÿe Hauptspeiher/ Gröÿe Kahel:

32 ∗ 2 ²⁰ / 2 ¹⁰ = 32 ∗ 2 ¹⁰

Kaheln 32K.

1.2 (9 Punkte)

Im Weiterensoll einevirtuelle Adressedurh vierDezimalzahlen für PT1, PT2, PT3und

Oset dargestellt werden. Beispiel: Die dezimalen Werte (11, 27, 33, 213) stehen für die

virtuelle Adresse010110011011 10000100011010101.

DiefolgendeAbbildungzeigteinenAusshnittausderSeitentabelleersterStufeundeinige

Ausshnitte aus Seitentabellen zweiter und dritter Stufe. Ahtung: In den Seitentabellen

dritterStufestehennurdiesignikantenBits,sodassderOsetlediglihangehängtwerden

muss!

1 2 3 4 0

10 11

:

:

6180

:

PT2 PT1

3506 9748 3988 5742 4398

9748

6620

9028 5128 8040

:

1066 8742 7046 3248 1

2 0

1 2 3 0 Anfangsadresse

31

2901

98 :

6620

867

1066 741

42 1

0

3 :

930 9028

558 26

28 :

PT3

: :

:

27 331

2

108

6180

790 285 : 1 0 2

646

Diephysishe AdressesollinFormeiner Dezimalzahl dargestelltwerden.

ErgänzenSiediefehlendenWerteinderTabellesoweitmöglih.WennSieeinenWertniht

eintragen können,sobegründenSie diesbitte stihwortartig:

virt.Adresse phys.Adresse

1 2 28 123 952443

1 2 26 381

31 0 3 459

661846

216170

1 98 2 503

2 3 0 967

759574

virt. Adresse phys.Adresse

1 2 28 123 952443

1 2 26 381 571773

31 0 3 459 111051

1 98 0 342 661846

X 106 216170

1 98 2 503 292343

Y 2 3 0 967 - - -- -

31 0 0 790 759574

X:dieKahelnummer211 tauht inkeiner derangegebenen PT3auf.

Aufgabe 2 Datei System mit I-Nodes

Ein DateisystemverwendetI-NodesfürdieVerwaltung vonDateien. FürdieFreispeiher-

verwaltungvon I-Nodesund Blöken verwendetdasSystem je eineBitmap.

Ein I-Node desSystemsbesitzt folgendesFormat (die Zahlensindlediglih Beispiele!):

I-Node 3

D 1

Datei-Typ D: Directory R: Reguläre Datei S: Soft-Link

Link-Count Direkter Block

Einfach indirekter Block Zweifach indirekter Block Dreifach indirekter Block 4

9 6

DieDaten sindalso übereinen direkten Blok,einen zweifahindirekten Blokund einen

dreifah indirekten Blok erreihbar. Ein Blok enthält 2048 Byte, ein Zeiger auf einen

Blokenthält 8Byte. I-Nodesenthalten nieselbst Dateneiner Datei.

2.1 (3 Punkte)

Wie groÿ kann eine Dateiin diesem Dateisystem maximal sein? Bitte geben Sie alle Re-

henshrittean.

2 ¹ 1

Bytepro Blok/8Bytepro Zeiger =256 Zeiger pro Blok.

AnzahlBlöke:

1 + 256 + 256 ² + 256 ³ =

16843009Blöke=34494482432 Byte(a.32GB)

2.2 (2 Punkte)

Wie groÿkanndasDateisystem maximalsein (Begründung)?

8Bytepro ZeigerEs können max.

2 ⁶⁴

Blöke adressiert werden.

2 ⁶⁴

Blöke *

2 ¹¹

Byte/Blok=

2 ⁷⁵

Byte.

2.3 (3 Punkte)

Wie viele Blöke belegt eine Datei, die 100MB Daten enthält. Berüksihtigen Sie niht

denPlatz,derimDatei-Verzeihnis(Diretory)belegtwirdundebenfallsnihtden Platz,

derdurhden I-Node belegtwird.

Dateigröÿe/Blokgröÿe:

100 ∗ 2 ²⁰ / 2 ¹¹

=

100 ∗ 2 ⁹

(51200) Blöke für Daten. Ein direkter Blok, 256 Blöke über den einfah indirekten Blok, 50943 über den zweifah indirekten

Blok. Hierkommen nohmals199 einfahindirekteBlökehinzu. D.h.eswerden zusätz-

lih zu den Datenblöken 200 einfah indirekte Blöke und ein zweifah indirekter Blok

benötigt.

Insgesamt: 51200 Blöke für Daten, 200 einfah indirekte Blöke, ein zweifah indirekter

Verzeihnisse sind Dateien, die zu jeder verwalteten Datei einen Eintrag enthalten. Ein

Eintragbestehtausdem Namenund einem Verweis auf denI-NodederDatei.

. ..

home log.txt

2 8 6 2

I-Node 8 1

Block 1 . ..

8 2 4 5 notes.txt toDo.txt

I-Node 4 2

Block 2 I-Node 2

3

Block 3

I-Node 6 11

Block 11 I-Node 5

5

Block 5 /home/notes.txt

<EOF>

040708-s001 . . . 040708-s002 . . . 040708-pqr . . .

<EOF>

Am Dienstag scheint die Sonne verbreitet für 15 bis 16 Stunden . . .

. . . von einem oft wolkenlosen Himmel. <EOF>

4

Block 4 Block 7

7 D

R

D

S

R

test.txt 4

11

1 2 1

1 1

10

Block-Bitmap I-Node-Bitmap

0 1

0 1

. . . . . . 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1

0 1

Index 5 10 15

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 1

0 1 0

0 0 0

Abbildung 1:I-NodesundBlöke desDateisystems

Abb.1zeigtallevomDateisystemverwendetenI-NodesundBlökesowieeinenAusshnitt

derFreispeiherverwaltung.DerEintrag<EOF>bedeutet:GemäÿLängeneintragimI-Node

endet die Datei an dieser Stelle. Der erste Eintrag der Freispeiher-Bitmaps bezeihnet

den Blok 0bzw. den I-Node 0.DerWert1 bedeutet,dass derentsprehende Blokbzw.

I-Nodebelegt ist,derWert0 bedeutet,dass derentsprehende Blokbzw. I-Nodefrei ist.

2.4 (9 Punkte)

DasSystem enthält einigeInkonsistenzen. ListenSiedieEinträge auf,die fehlerhaftsind.

Z.B.BlokX,EintragYmüsstedenWertZhaben,I-Node-Bitmap,n-teStellemüssteden

Wert khaben.

2.5 (5 Punkte)

Die Datei log.txt wird um 2KB vergröÿert. Welhe Änderungen ergeben sih in dem

gegebenenDateisystem?DasSystemverwendetdafürnurBlökeabBlok15einshlieÿlih.

Waswirdangelegt, welhe Wertewerden wo eingetragen bzw. verändert?

Neu: Ein Blok (z.B. 15) für die zusätzlihen Daten und ein indirekter Blok (z.B. 16),

dereinenVerweis aufden Datenblok (15)enthält.

Änderungen: Im I-Node 6 Verweis auf indirekten Blok eintragen (16), Länge der Datei

anpassen(+2048).InderBlok-BitmapdieneubelegtenBlökealsbelegtmarkieren(z.B.

2.6 (3 Punkte)

EineDatei(XY.Z)bestehtauseinemI-NodeunddreiDatenblöken.Ein Programmönet

dieDateimitdemBefehlfopen(XY.Z, r+).DasProgrammliestdenerstenBlokund

übershreibt den Rest derDatei. Nehmen Sie an,dass die Stromversorgung des Rehners

ausfällt,währenddieDateiübershriebenwird.MitwelherStrategielässtsihverhindern,

dass die Datei in einen inkonsistenten Zustand kommt. Erläutern Sie das Vorgehen ggf.

mit einerSkizze.

Stihwort:CopyondWrite.Eskannniht zueineminkonsistentenZustandkommen,wenn

dieneuen Inhalte und ggf.Änderungen an indirektenBlöken inneue Blöke geshrieben

werden. Zuletztmuss dieWurzelderDateiineineratomarenAktionersetzt werden.Z.B.

indem eine neue Versionerstellt wird,die zuletzt durh Shreiben von einem Bit zurgül-

tigen Versionerklärt wird.

Aufgabe 3 Ersetzungsstrategien (8 Punkte)

Das Betriebssystem eines Rehners verwaltet einen Hauptspeiher mit 4 Kaheln. Das

Betriebssystem verwendet den NRU-Algorithmus. Auf dem System läuft ein Prozess mit

insgesamt 8 Seiten. Die Seiten der Prozesse werden gemäÿ der ersten Zeile derfolgenden

Tabellen referenziert.Dabeisteht 'r' fürlesendenZugri und'w'fürshreibenden Zugri.

DerEintrag ZS bedeutet, dass dieR-Bits durh NRU-Algorithmus zurükgesetzt werden.

InderSpalteuntereinemZugrisollendieFolgendiesesZugrisdagestelltwerden.Sowird

z.B. inderersten Spaltedurh den Zugri aufSeite 1diese Seite inKahel 3eingelagert.

DieSeiten 0,4,und 3wurden shonvorher eingelagert.

Ergänzen SiedieTabelle.

Seitenreferenz/Art desZugris

1/r 4/r 2/w ZS 4/r 3r 2/r 1/w ZS 3/r

K0 0(1,1) 0(1,1) 0(1,1) 0(0,1) 0(0,1) 0(0,1) 0(0,1) 1(1,1) 1(0,1) 1(0,1)

K1 4(1,0) 4(1,0) 4(1,0) 4(0,0) 4(1,0) 4(1,0) 4(1,0) 4(1,0) 4(0,0) 4(0,0)

K2 3(0,1) 3(0,1) 2(1,1) 2(0,1) 2(0,1) 2(0,1) 2(1,1) 2(1,1) 2(0,1) 2(0,1)

K3 1(1,0) 1(1,0) 1(1,0) 1(0,0) 1(0,0) 3(1,0) 3(1,0) 3(1,0) 3(0,0) 3(1,0)

Aufgabe 4 Synhronisation

C A

B S2

S1

S3

F D

E S5 S4

S6

Abbildung 2:Ein paralleles System in

Formeines Petri-Netzes DasfolgendePetri-NetzzeigtdieSynhronisati-

onvon2Prozessen

P

^_

ABC

^,und

P

^_

DEF

^.Es

handelt sih um ein Bedingungs-Ereignis-Netz.

DieTransitionen

A, B

^und

C

^{gehörenzuProzess}

P

^_

ABC

^,dieTransitionen

D, E

^und

F

^gehören

zuProzess

P

^_

DEE

^.

4.1 (2 Punkte)

Welhe Stellen müssen Sie als Semaphor reali-

sieren,umdiezweiProzessegemäÿ demobigen

Petri-Netz zusynhronisieren?

S5und S6

4.2 (3 Punkte)

Geben Sie den Quell-Code für die Prozesse

P

^_

ABC

^und

P

^_

DEF

^{an. Sie können dazu}

PseudoPasal verwenden (s. Skript von Frau

Keller)oder(Pseudo)Java.

Prozess P_ABC{

while(true){

A();

S5.up();

B();

S6.d o w n();

C();

}

}

Prozess P_DEF{

while(true){

D():

S5.up();

S5.d o w n();

E();

S6.up();

S6.d o w n();

F();

}

}

4.3 (3 Punkte)

Zeihnen SiedenEreignisgrafendesPetri-Netzes.SiekönnendieVorlageuntenverwenden

oder eine eigene Skizze anfertigen. Geben Sie zu jedem Übergang die Transition, die ihn

auslöste,an.

A E B

B E

D

E F

C

D

C F

A B

4.4 (2 Punkte)

Kanndas System,dasindem oben angegebenen Petri-Netz(s. Abb. 2) dargestellt ist,in

einenDeadlokgeraten;wennja, wie;wenn nein, warum niht?

Es kann niht in einen Deadlok geraten; aus jedem Zustand gibt es einen Übergang in

einenanderen Zustand.

Aufgabe 5 Interprozesskommunikation

Zwei Prozesse auf einem Rehner sollen Daten austaushen. Die Prozesse sindniht mit-

einander verwandt. Ein Datensatz enthält zwei kurze Texte, zwei ganze Zahlen und drei

Gleitkommazahlen und dreieinzelne Buhstaben.Das Programmmuss voraussihtlih re-

gelmäÿig angepasstwerden, da sih dieZusammensetzung derDatensätze ändernkann.

Für die Interprozesskommunikation müssen Sie sih zwishen Shared Memory und einer

NamedPipe entsheiden. NennenSiekurz die spezishenVor- undNahteiledieser Ver-

fahrenfür diegegebene Aufgabe.

5.1 (3 Punkte)

Vorteil Pipe: Synhronisation übernimmt die Pipe, Lese- bzw. Shreibzugrie blokieren

beileere bzw. vollerPipe.SharedMemoryerfordert externeSynhronisation.

VorteilSharedMemory:(EinekomplexeDatenstrukturistleihterzuübertragen;dieDaten

müssen niht (um-)kodiert werden,wie beiPipes. SharedMemoryist Shneller.

Aufgabe 6 Sheduling (10 Punkte)

Ein Betriebssystem verwendet prioritätsbasiertes Sheduling. Der Sheduler wird aktiv,

wenn eine Zeitsheibe abläuft und wenn ein Prozesse einenSVC (Aufrufin den Betriebs-

system-Kernel) absetztunddadurh blokiertwird.

ˆ Wenn ein Prozess eine höhere Priorität besitzt als alle anderenProzesse, so darf er

laufen, sobaldderSheduler aktiv ist/war.

ˆ WenneinZeitsheibeabläuftpassiertfolgendes:DiePrioritätdesProzesses,dergera-

derehnet, wirdumden Wert 1vermindert.Die PrioritätenderProzesse,die bereit

sind,werdenumdenWert1erhöht.DanahermitteltderShedulerdenProzess,der

alsnähstes laufendarf.

ˆ Wenneinen ProzesseinenSVCabgesetzt, wirderblokiert. SeinePriorität wirdum

denWert1 erhöht.

ˆ DieminimalePrioritäteinesProzessistdieBasis-Priorität-2,diemaximalePriorität

eines Prozessistdie Basis-Priorität+2.

ˆ Wenn mehrere Prozesse die maximale Priorität besitzen und einer davon läuft, so

darf dieserweiterlaufen.

ˆ Wenn mehrere Prozesse die maximale Priorität besitzen und keiner davon läuft, so

darf derProzessmit derkürzesten Wartezeit alsnähster laufen.

Prozesse

ProzessNr. Basis-Priorität

1 5

2 6

3 7

4 6

Ereignisse

t 1

^{:Prozess P1,P2 und P3werdengestartet}

t 2

^{:Ein Zeitsheibefür} Multitasking läuft ab

t ³

^{:Prozess P3maht einenSVC(blokiert)}

t 4

^{:Prozess P4wirdgestartet}

t 5

^{:Ein Zeitsheibefür} Multitasking läuft ab

t 6

^{:Ein Zeitsheibefür} Multitasking läuft ab

t ⁷

^{:Prozess P2maht einenSVC(blokiert)}

t 8

^{:Prozess P3wirddeblokiert}

t 9

^{:Ein Zeitsheibefür} Multitasking läuft ab

t ¹⁰

^{:Ein Zeitsheibefür} Multitasking läuft ab

t 11

^{:Prozess P3maht einenSVC(blokiert)}

Zeihnen SiedieZustände und diePrioritätenderProzesse indiefolgende Tabelle ein:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

P1 P2 P3 P4

t 5

6

7 6 7

7 7

6 7 6

6 7

6

7 7

ZS ZS

6 7 7

ZS

6 7

7 7

7 7

6 7

7 7

7 7

6 7

8 9

ZS ZS 7

9

7 8

8 7 7