betriebssysteme an der Universität Würzburg

Karteikarten und Zusammenfassungen für betriebssysteme an der Universität Würzburg

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Was ist ein Von-Neumann-Rechner und wie unterscheidet er sich von einem Harvard-Rechner?

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Wozu braucht man in Computern CPU-Register?

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Was versteht man unter einem Mikrokern (micro kernel)?

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Transaktionsmonitor vs. Application-Server?

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Benötigt man für Multiprogramming mehrere CPUs?

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Wozu verwendet man Embedded Systems? Nennen Sie ein Beispiel!

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Was ist der Unterschied zwischen Polling und interruptgesteuerter Verarbeitung?

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Was ist der Unterschied zwischen den Exception-Typen Fault und Trap? Nennen Sie jeweils ein Beispiel!

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Was ist ein Systemcall?

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Was bedeutet „Maskierung“ von Unterbrechungsanforderungen?

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Wie erkennt die CPU, dass ein Interrupt ansteht?

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Was bedeutet Interrupt-Sharing?

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betriebssysteme

Was ist ein Von-Neumann-Rechner und wie unterscheidet er sich von einem Harvard-Rechner?

Von-Neumann-Rechner:

  • 4 Funktionseinheiten
    • Leitwerk (Control Unit, CU)
      • Holt Maschinenbefehle nacheinander in Speicher und führt sie aus
    • Rechenwerk(Processing Unit, PU)
      • Auch Arithmetische-Logische-Einheit (ALU)
      • "Datenprozessor" führt logische und arithmetische Operationen aus
    • Speicher (Memory)
      • hier liegen Maschinenbefehle und zu verarbeitende Daten in einem gemeinsamen Speicher
    • Ein-/Ausgabe (Input/Output)
  • Rechenwerk und Leitwerk heute üblicherweise in CPU vereint


Harvard-Rechner:

  • 2 getrennte Speicher
    • einen für Daten
    • einen für Maschinenbefehle
    • beide Speicher über getrennten Bus mit CPU verbunden
    • Vorteil: Doppelt so viele Leitungen zur Verfügung
    • Nachteil: Hardware-Mehraufwand; Trennung Daten von Befehlen nicht einfach

betriebssysteme

Wozu braucht man in Computern CPU-Register?

  • schneller Speicher, der benötigt wird um Maschinenbefehle(MB) auszuführen
  • Je nach MB werden eines oder mehrer Register benötigt
  • MB schreiben ihre Operanden oft in Register oder lesen Operanden aus
  • je nach Typen:
    • Integerregister
    • Universalregister
    • Gleitkommaregister
    • Datenregister
    • Segmentregister
    • usw.
  • spezielle Register:
    • Program Counter (Befehlszähler)
      • enthält Hauptspeicheradresse des nächsten auszuführenden Befehls
    • Instruction Register (Befehlsregister)
      • enthält aktuell auszuführenden MB
    • Stack-Pointer-Register
      • verweist auf aktuellen Programmstack
    • Statusregister, auch PSW (Program Status Word)

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Was versteht man unter einem Mikrokern (micro kernel)?

  • Betriebssystemarchitektur mit leichtgewichtigen Kernel (Gegensatz zu monolithischen Kernel)
  • Kernel wird entlastet, da Funktionalität in Anwendungsprozesse (Serverprozesse) ausgelagert wird
  • Kernel übernimmt Kommunikation zw. Client- und Serverprozessen
    • Über Service-Request-Schnittstelle leitet Mikrokern Requests an Serverprozesse, und stellt Ergebnis auch Client wieder zu


betriebssysteme

Transaktionsmonitor vs. Application-Server?

Transaktionsmonitor:

  • Dienstprogramm, oberhalb des Kernels angesiedelt
  • im Teilhaberbetrieb eingesetzt
  • dienen Ablauf von Transaktionsprogrammen


Application-Server:

  • ähnliche Aufgaben wie Transaktionsmonitor
  • in heutigen verteilten Systemen verwendet
  • Anstelle von Transaktionsmonitor laufen Application-Server Komponenten

betriebssysteme

Benötigt man für Multiprogramming mehrere CPUs?

Nein, nicht unbedingt.

Multiprogramming kann auch über CPU realisiert werden, die nach vorgegebener Strategie des Betriebssystems (Scheduling und Dispatching) auf die nebenläufigen Programme (Prozesse) aufgeteilt wird

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Wozu verwendet man Embedded Systems? Nennen Sie ein Beispiel!

  • oft Echtzeitbetriebssysteme
  • kann man weitgehend als geschlossene Systeme betrachten, die eine dedizierte Aufgabe übernehmen (DVD-Player)
  • verfügen wegen knapper Ressourcen oft über kein Betriebssystem (Software bedient dann direkt Hardwareschnittstellen)



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Was ist der Unterschied zwischen Polling und interruptgesteuerter Verarbeitung?

Polling (busy-waiting):

  • zyklisches Abfragen von Ereignisquellen, um Kommunikationsbereitschaft festzustellen
  • Nachteil:
    • CPU muss ständig arbeiten
      • Effizienz eines Systems beeinträchtigt
      • meiste Zeit wird umsonst nachgefragt
  • Vorteil:
    • Leicht zu implementieren


Interrupts:

  • Betriebssystembedingungen oder asynchrone Ereignisse, die Prozessor veranlassen, einen vordefinierten Code auszuführen, der außerhalb des normalen Programmflusses liegt
  • Vorteil:
    • Überwachte Ereignisquellen müssen nicht ständig abgefragt
      • die Ereignisquellen melden sich beim Auftreten eines Ereignisses, das behandelt werden muss

betriebssysteme

Was ist der Unterschied zwischen den Exception-Typen Fault und Trap? Nennen Sie jeweils ein Beispiel!

Faults:

  • Unterbrechungen vor der Befehlsausführung
  • bspw. Seitenfehler

Traps:

  • Unterbrechungen nach Befehlsausführung
  • bspw. Division durch 0

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Was ist ein Systemcall?

Systemcall:

  • synchroner (vorhersehbarer und reproduzierbarer) Interrupt
    • aka Software-Interrupt
  • Dienstaufruf an Betriebssystem
  • bei dessen Ausführung Wechsel in Kernelmodus

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Was bedeutet „Maskierung“ von Unterbrechungsanforderungen?

  • explizites Ausschalten eines Interrupts
  • erfolgt über Maskenregister
  • Jede Interrupt-Quelle erhält Maskierungsbit im Register
  • Ist Bit auf -> Interrupt ausgeschaltet 

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Wie erkennt die CPU, dass ein Interrupt ansteht?

  • Teil des Befehlszyklus
  • Nach Ausführung eines Maschinenbefehls wird überprüft, ob Interrupt-Request vorliegt
  • Wenn ja dann:
    • spezielles Unterprogramm, die ISR (Interrupt-Service-Routine)

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Was bedeutet Interrupt-Sharing?

  • Mehrere Geräte teilen sich Interrupt-Nummer
  • BS ermittelt tatsächliches Gerät beim Auftreten eines Interrupts

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