Prozesse an der Fachhochschule Dortmund | Karteikarten & Zusammenfassungen

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Was ist der Unterschied zwischen einem nicht-präemptiven und  einem präemptiven System?

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Nicht-präemptiv: die Prozesse geben die CPU freiwillig zurück


präemptiv: das System entzieht einem Prozess die CPU


Scheduler: Wählt einen bereiten Prozess aus, der als nächster den Prozessor erhält, teilt eine Zeitscheibe zu.


Dispatcher: Sichert Prozesse und stellt sie wieder her, setzt den Timerzähler


Timer (Zeitgeber): Zählt rückwärts und erzeugt eine Unterbrechung, wenn sein Zähler den Wert 0 erreicht

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Was sind physische Adressen?



KLAUSURRELEVANT!!

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Eine aktuelle Speicherstelle im Hauptspeicher

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Warum verwenden die Anwendungsprogramme die logischen (virtuellen) Adressen?


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Die virtuellen Adressen gehen nicht direkt an den Speicherbus, sondern an die MMU, welche die virtuellen Adressen auf die physischen Adressen abbildet.

Die Grundidee dahinter ist, dass der Adressraum eines Programms in Einheiten aufgebrochen wird, die dem physischen Speicherbereich zugeordnet werden, wobei nicht alle im physischen Speicher vorhanden sein müssen.

Programme sollen unabhängig von der Größe des Hauptspeichers programmiert werden können.


  • Unabhängigkeit: Ein Programm verwendet nur virtuelle Adressen, ohne Rücksicht auf andere Programme, die denselben physischen Adressraum verwenden
  • Schutz: Durch die MMU darf ein Prozess nur auf seinen eigenen, privaten Speicher zugreifen
  • Shared Memory: Ein gemeinsamer Speicherbereich kann auf mehrere Adressräume von Prozessen abgebildet werden. Prozesse können miteinander über den gesamten Speicherbereich kommunizieren und es kann so ggf. auch der Speicherverbrauch reduziert werden.
  • Flexible Zuweisung des Speicherbereiches: Durch das Paging  kann das Betriebssystem einem Prozess weitere verfügbare, nciht zusammenhängende Seiten zuweisen
  • Speichergröße nach Bedarf: Der physische Adressraum eines Prozesses kann auch noch zur Laufzeit nach Bedarf vergrößert und verkleinert werden
  • Persistenz: Das Betriebssystem merkt sich die veränderten Seiten und schreibt sie wieder in den Sekundärspeicher zurück.



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Was kann durch virtuellen Hauptspeicher erreicht werden? 

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  • Unabhängigkeit: Ein Programm verwendet nur virtuelle Adressen, ohne Rücksicht auf andere Programme, die denselben physischen Adressraum verwenden
  • Schutz: Durch die MMU darf ein Prozess nur auf seinen eigenen, privaten Speicher zugreifen
  • Shared Memory: Ein gemeinsamer Speicherbereich kann auf mehrere Adressräume von Prozessen abgebildet werden. Prozesse können miteinander über den gesamten Speicherbereich kommunizieren und es kann so ggf. auch der Speicherverbrauch reduziert werden.
  • Flexible Zuweisung des Speicherbereiches: Durch das Paging  kann das Betriebssystem einem Prozess weitere verfügbare, nciht zusammenhängende Seiten zuweisen
  • Speichergröße nach Bedarf: Der physische Adressraum eines Prozesses kann auch noch zur Laufzeit nach Bedarf vergrößert und verkleinert werden
  • Persistenz: Das Betriebssystem merkt sich die veränderten Seiten und schreibt sie wieder in den Sekundärspeicher zurück.
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Wie kommuniziert die CPU mit einem Gerät?

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Ein Controller übernimmt die Kommunikation zwischen der CPU und seinem Gerät, damit die CPU sich nicht mit der mechanischen Steuerung des Geräts zu beschäftigen braucht.

Dafür besitzt er das Statusregister, das Datenausgangsregister, das Kontrollregister, das Dateneingangsregister

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Was gehört zu einem Prozess? Welche Informationen sind wichtig für einen Prozess? Wo werden diese Informationen gespeichert?

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Was gehört zu einem Prozess?

  • Programmsegment
  • Datensegment
  • Stack
  • Prozesskontext 
    • Prozessstatusinformation (Registerinhalte, Befehlszähler)
    • Prozesskontrollinformation (Grenzen des Adressraumes, Prozessnummer (PID), Prozesszustand, Priorität für Scheduling usw.)


Welche Informationen sind wichtig für einen Prozess?

Prozesskontext (Prozessstatusinformation, Prozesskontrollinformation)


Wo werden diese Informationen gespeichert?

Der Prozesskontext wird im Prozesskontrollblock (PCB) gespeichert

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Was ist ein Gerät?

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Ein Gerät besteht aus drei Teilen

Gerätetreiber: geräteabhängige Software, befindet sich oft im Betriebssystemkern.

—> Aufgaben sind:

  • Initialisierung des Geräts beim Systemstart und Überwachung des Geräts
  • Entnahme eines Auftrags aus der E/A-Auftragsliste und Senden der Befehle zum Controller
  • Übergabe der Daten, die vom Controller geliefert wurden, an geräteunabhängige E/A-Software des Betriebssystems


Controller: elektronische Hardware (enthält aber einen Chip)

--> Übernimmt die Kommunikation zwischen der CPU und seinem Gerät, damit die CPU sich nicht mit der mechanischen Steuerung des Gerätes zu beschäftigen braucht. Dafür besitzt es meist einen Puffer, das Statusregister, das Dateneingangs-/-ausgangsregister und das Kontrollregister. 


Puffer: dort werden die Daten geprüft, ob sie auch fehlerfrei sind, denn nur die fehlerfreien Daten werden in den Hauptspeicher geschrieben. 

data-out: Daten vom Treiber für den Controller 

data-in: Daten vom Controller für den Treiber

status: Status des Controllers für den Treiber

control: Befehler vom Treiber für den Controller


Gerät: elektro-mechanische Hardware

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Was ist Paging?


Wie wird beim Paging eine logische Adresse auf eine physische abgebildet?


Was sind die Vorteile von Paging?

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Was ist Paging?

Paging ist eine Methode des Betriebssystems, um Hauptspeicher-Ressourcen zu verwalten und diese den einzelnen Prozessen zuzuweisen.


Wie wird beim Paging eine logische Adresse auf eine physische abgebildet?

Der Hauptspeicher wird in sehr viele Seitenrahmen gleicher Größe aufgeteilt.

Der Logische Adressraum wird in Seiten gleicher Größe aufgeteilt, so dass jede Seite genau in einen Seitenrahmen passt. 


—> Zu jeder Seite gibt es einen Eintrag in der Seitentabelle
            —>Jeder Eintrag in der Seitentabelle enthält die Seitenrahmennummer
  • Der Index i der Seitentabelle ist die Seitennummer i und der zugehörige Eintrag ist die Seitenrahmennummer der Seite

Zerlegung der Adresse beim Paging: 

  • Die Bits einer logischen Adresse bestehen aus Seitennummer und Offset, so wird die Adresse bei der Abbildung aufgeteilt
  • Der Offset ist die Position des Bytes innerhalb einer Seite und eines Seitenrahmens.
  • Der Offset in einer logischen Adresse ist derselbe in der zugehörigen physischen Adresse
  • Die Bits einer physischen Adresse bestehen aus Seitenrahmennummer und Offset, so wird die Adresse bei der Abbildung zusammengesetzt. 


Schutz des Adressraumes: 

Das Betriebssystem weist jedem Prozess eine Seitentabelle zu. Dadurch wird festgelegt, auf welche Adressen der Prozess zugreifen dar, nämlich nur auf die Seite seiner Seitentabelle.


Vorteile von Paging: 

1. vermeidet externe Fragmentierung (weil alle bisher nicht vergebenen Seitenrahmen in der Liste der leeren Seitenrahmen verwaltet werden und jederzeit für jeden beliebigen Prozess zur Verfügung stehen)


2. erlaubt dynamische Allokation


3. Prozesse sind relokierbar (indem die Seitentabelle steht’s aktualisiert wird, sodass eine Seite problemlos in einen anderen Seitenrahmen verschoben werden kann)


4. Prozesse sind geschützt (da ein Prozess durch die Seitentabelle nur auf seinen Adressraum zugreifen kann)

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Was ist eine logische Adresse?


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Ein Verweis auf eine Speicherstelle, die unabhängig vom physischen Hauptspeicher ist.

Ein Prozess arbeitet mit logischen Adressen.
Ein Programm erzeugt eine Menge von logischen Adressen, die zusammen den logischen Adressraum bilden.


Die entsprechenden physischen Adressen bilden zusammen den physischen Adressraum.

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Was bedeuten die Einträge im Unterbrechungsvektor?

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Das ist die Referenz auf die Adresse, auf die verwiesen werden soll

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Wie wird eine Unterbrechung identifiziert und eine Unterbrechungsroutine gefunden?

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Eine Unterbrechungsroutine wird mit dem Index des Unterbechungsvektors gefunden (Unterbrechungsnummer)


—> Der Interrupt-Controller aktiviert die Leitung, um der CPU zu signalisieren, dass ein Gerät eine Unterbrechung ausgelöst hat.
—> Die CPU sendet ein Bestätigungssignal, dass sie die Unterbrechung behandeln will

—> Nach dem Bestätigungssignal sendet der Interrupt-Controller die Unterbrechungsnummer an die CPU

—> Die CPU verwendet die Unterbrechungsnummer als Index für die Suche im Unterbrechungsvektor, um die Anfangsadresse der Unterbrechungsroutine zu finden


Der Index plus die Startadresse des Unterbrechungsvektors ist genau die Adresse der Hauptspeicherzelle, in der die Startadresse der gesuchten Unterbrechungsroutine steht!


Dies sind ebenfalls die Hardware-Aktionen bei einer Hardware-Unterbrechung!!!

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Wenn ein Prozesswechsel stattfindet, muss ein bestimmtes Ereignis vorliegen. Geben Sie drei solche Ereignisse an. Bei jedem Ereignis soll auch angegeben werden, von welchem Zustand in welchen Zustand der Prozess wechselt.

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Es muss eine Unterbrechung vorliegen.


—> Hardware-Unterbrechung:

  • Timer-Unterbrechung (von rechnend in bereit)
  • Unterbrechung durch eine Ein-/Ausfabeanforderung (von rechnend in blockiert)
  • ...


—> Software-Unterbrechung

  • Fehler bei Division durch Null  (von rechnend in beendet)
  • Prozess ist fertig (von rechnend in beendet)
  • ...
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Q:

Was ist der Unterschied zwischen einem nicht-präemptiven und  einem präemptiven System?

A:

Nicht-präemptiv: die Prozesse geben die CPU freiwillig zurück


präemptiv: das System entzieht einem Prozess die CPU


Scheduler: Wählt einen bereiten Prozess aus, der als nächster den Prozessor erhält, teilt eine Zeitscheibe zu.


Dispatcher: Sichert Prozesse und stellt sie wieder her, setzt den Timerzähler


Timer (Zeitgeber): Zählt rückwärts und erzeugt eine Unterbrechung, wenn sein Zähler den Wert 0 erreicht

Q:

Was sind physische Adressen?



KLAUSURRELEVANT!!

A:

Eine aktuelle Speicherstelle im Hauptspeicher

Q:

Warum verwenden die Anwendungsprogramme die logischen (virtuellen) Adressen?


A:

Die virtuellen Adressen gehen nicht direkt an den Speicherbus, sondern an die MMU, welche die virtuellen Adressen auf die physischen Adressen abbildet.

Die Grundidee dahinter ist, dass der Adressraum eines Programms in Einheiten aufgebrochen wird, die dem physischen Speicherbereich zugeordnet werden, wobei nicht alle im physischen Speicher vorhanden sein müssen.

Programme sollen unabhängig von der Größe des Hauptspeichers programmiert werden können.


  • Unabhängigkeit: Ein Programm verwendet nur virtuelle Adressen, ohne Rücksicht auf andere Programme, die denselben physischen Adressraum verwenden
  • Schutz: Durch die MMU darf ein Prozess nur auf seinen eigenen, privaten Speicher zugreifen
  • Shared Memory: Ein gemeinsamer Speicherbereich kann auf mehrere Adressräume von Prozessen abgebildet werden. Prozesse können miteinander über den gesamten Speicherbereich kommunizieren und es kann so ggf. auch der Speicherverbrauch reduziert werden.
  • Flexible Zuweisung des Speicherbereiches: Durch das Paging  kann das Betriebssystem einem Prozess weitere verfügbare, nciht zusammenhängende Seiten zuweisen
  • Speichergröße nach Bedarf: Der physische Adressraum eines Prozesses kann auch noch zur Laufzeit nach Bedarf vergrößert und verkleinert werden
  • Persistenz: Das Betriebssystem merkt sich die veränderten Seiten und schreibt sie wieder in den Sekundärspeicher zurück.



Q:

Was kann durch virtuellen Hauptspeicher erreicht werden? 

A:
  • Unabhängigkeit: Ein Programm verwendet nur virtuelle Adressen, ohne Rücksicht auf andere Programme, die denselben physischen Adressraum verwenden
  • Schutz: Durch die MMU darf ein Prozess nur auf seinen eigenen, privaten Speicher zugreifen
  • Shared Memory: Ein gemeinsamer Speicherbereich kann auf mehrere Adressräume von Prozessen abgebildet werden. Prozesse können miteinander über den gesamten Speicherbereich kommunizieren und es kann so ggf. auch der Speicherverbrauch reduziert werden.
  • Flexible Zuweisung des Speicherbereiches: Durch das Paging  kann das Betriebssystem einem Prozess weitere verfügbare, nciht zusammenhängende Seiten zuweisen
  • Speichergröße nach Bedarf: Der physische Adressraum eines Prozesses kann auch noch zur Laufzeit nach Bedarf vergrößert und verkleinert werden
  • Persistenz: Das Betriebssystem merkt sich die veränderten Seiten und schreibt sie wieder in den Sekundärspeicher zurück.
Q:

Wie kommuniziert die CPU mit einem Gerät?

A:

Ein Controller übernimmt die Kommunikation zwischen der CPU und seinem Gerät, damit die CPU sich nicht mit der mechanischen Steuerung des Geräts zu beschäftigen braucht.

Dafür besitzt er das Statusregister, das Datenausgangsregister, das Kontrollregister, das Dateneingangsregister

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Q:

Was gehört zu einem Prozess? Welche Informationen sind wichtig für einen Prozess? Wo werden diese Informationen gespeichert?

A:

Was gehört zu einem Prozess?

  • Programmsegment
  • Datensegment
  • Stack
  • Prozesskontext 
    • Prozessstatusinformation (Registerinhalte, Befehlszähler)
    • Prozesskontrollinformation (Grenzen des Adressraumes, Prozessnummer (PID), Prozesszustand, Priorität für Scheduling usw.)


Welche Informationen sind wichtig für einen Prozess?

Prozesskontext (Prozessstatusinformation, Prozesskontrollinformation)


Wo werden diese Informationen gespeichert?

Der Prozesskontext wird im Prozesskontrollblock (PCB) gespeichert

Q:

Was ist ein Gerät?

A:

Ein Gerät besteht aus drei Teilen

Gerätetreiber: geräteabhängige Software, befindet sich oft im Betriebssystemkern.

—> Aufgaben sind:

  • Initialisierung des Geräts beim Systemstart und Überwachung des Geräts
  • Entnahme eines Auftrags aus der E/A-Auftragsliste und Senden der Befehle zum Controller
  • Übergabe der Daten, die vom Controller geliefert wurden, an geräteunabhängige E/A-Software des Betriebssystems


Controller: elektronische Hardware (enthält aber einen Chip)

--> Übernimmt die Kommunikation zwischen der CPU und seinem Gerät, damit die CPU sich nicht mit der mechanischen Steuerung des Gerätes zu beschäftigen braucht. Dafür besitzt es meist einen Puffer, das Statusregister, das Dateneingangs-/-ausgangsregister und das Kontrollregister. 


Puffer: dort werden die Daten geprüft, ob sie auch fehlerfrei sind, denn nur die fehlerfreien Daten werden in den Hauptspeicher geschrieben. 

data-out: Daten vom Treiber für den Controller 

data-in: Daten vom Controller für den Treiber

status: Status des Controllers für den Treiber

control: Befehler vom Treiber für den Controller


Gerät: elektro-mechanische Hardware

Q:

Was ist Paging?


Wie wird beim Paging eine logische Adresse auf eine physische abgebildet?


Was sind die Vorteile von Paging?

A:

Was ist Paging?

Paging ist eine Methode des Betriebssystems, um Hauptspeicher-Ressourcen zu verwalten und diese den einzelnen Prozessen zuzuweisen.


Wie wird beim Paging eine logische Adresse auf eine physische abgebildet?

Der Hauptspeicher wird in sehr viele Seitenrahmen gleicher Größe aufgeteilt.

Der Logische Adressraum wird in Seiten gleicher Größe aufgeteilt, so dass jede Seite genau in einen Seitenrahmen passt. 


—> Zu jeder Seite gibt es einen Eintrag in der Seitentabelle
            —>Jeder Eintrag in der Seitentabelle enthält die Seitenrahmennummer
  • Der Index i der Seitentabelle ist die Seitennummer i und der zugehörige Eintrag ist die Seitenrahmennummer der Seite

Zerlegung der Adresse beim Paging: 

  • Die Bits einer logischen Adresse bestehen aus Seitennummer und Offset, so wird die Adresse bei der Abbildung aufgeteilt
  • Der Offset ist die Position des Bytes innerhalb einer Seite und eines Seitenrahmens.
  • Der Offset in einer logischen Adresse ist derselbe in der zugehörigen physischen Adresse
  • Die Bits einer physischen Adresse bestehen aus Seitenrahmennummer und Offset, so wird die Adresse bei der Abbildung zusammengesetzt. 


Schutz des Adressraumes: 

Das Betriebssystem weist jedem Prozess eine Seitentabelle zu. Dadurch wird festgelegt, auf welche Adressen der Prozess zugreifen dar, nämlich nur auf die Seite seiner Seitentabelle.


Vorteile von Paging: 

1. vermeidet externe Fragmentierung (weil alle bisher nicht vergebenen Seitenrahmen in der Liste der leeren Seitenrahmen verwaltet werden und jederzeit für jeden beliebigen Prozess zur Verfügung stehen)


2. erlaubt dynamische Allokation


3. Prozesse sind relokierbar (indem die Seitentabelle steht’s aktualisiert wird, sodass eine Seite problemlos in einen anderen Seitenrahmen verschoben werden kann)


4. Prozesse sind geschützt (da ein Prozess durch die Seitentabelle nur auf seinen Adressraum zugreifen kann)

Q:

Was ist eine logische Adresse?


A:

Ein Verweis auf eine Speicherstelle, die unabhängig vom physischen Hauptspeicher ist.

Ein Prozess arbeitet mit logischen Adressen.
Ein Programm erzeugt eine Menge von logischen Adressen, die zusammen den logischen Adressraum bilden.


Die entsprechenden physischen Adressen bilden zusammen den physischen Adressraum.

Q:

Was bedeuten die Einträge im Unterbrechungsvektor?

A:

Das ist die Referenz auf die Adresse, auf die verwiesen werden soll

Q:


Wie wird eine Unterbrechung identifiziert und eine Unterbrechungsroutine gefunden?

A:

Eine Unterbrechungsroutine wird mit dem Index des Unterbechungsvektors gefunden (Unterbrechungsnummer)


—> Der Interrupt-Controller aktiviert die Leitung, um der CPU zu signalisieren, dass ein Gerät eine Unterbrechung ausgelöst hat.
—> Die CPU sendet ein Bestätigungssignal, dass sie die Unterbrechung behandeln will

—> Nach dem Bestätigungssignal sendet der Interrupt-Controller die Unterbrechungsnummer an die CPU

—> Die CPU verwendet die Unterbrechungsnummer als Index für die Suche im Unterbrechungsvektor, um die Anfangsadresse der Unterbrechungsroutine zu finden


Der Index plus die Startadresse des Unterbrechungsvektors ist genau die Adresse der Hauptspeicherzelle, in der die Startadresse der gesuchten Unterbrechungsroutine steht!


Dies sind ebenfalls die Hardware-Aktionen bei einer Hardware-Unterbrechung!!!

Q:

Wenn ein Prozesswechsel stattfindet, muss ein bestimmtes Ereignis vorliegen. Geben Sie drei solche Ereignisse an. Bei jedem Ereignis soll auch angegeben werden, von welchem Zustand in welchen Zustand der Prozess wechselt.

A:

Es muss eine Unterbrechung vorliegen.


—> Hardware-Unterbrechung:

  • Timer-Unterbrechung (von rechnend in bereit)
  • Unterbrechung durch eine Ein-/Ausfabeanforderung (von rechnend in blockiert)
  • ...


—> Software-Unterbrechung

  • Fehler bei Division durch Null  (von rechnend in beendet)
  • Prozess ist fertig (von rechnend in beendet)
  • ...
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