Betriebssysteme

Question 1

Welche Aufgaben hat ein Betriebssystem /

Answer 1

• Eine abstraktionschicht zwischen Hardware und Software aufzubauen
• Verwaltung der Ressourcen

Question 2

Was sind Caches ? Warum sind die wichtig ?

Answer 2

Caches sind kleine, aber schnelle Speicher in das CPU, dass Copien von die Haufig verwendeten Daten des Haupspeichers speichern, um Haupspeicheranrufe zu vermeiden

Question 3

Was passiert bei Systemaufrufen ? (Trap, Parameterubergabe)

Answer 3

Systemaufrufen bilden eine Interface sodass Anwendungen an Funktionen des BS zugreifen koennen.

• Bei Trap Befehle oder Trap Interrupts wirds das BS ins Kernelmodus eingehen.
• Parameterubergabe erfolgt mittels (fkt. args, Tabellen oder von der Call Stack poppen)

Question 4

Nenne mich 15 Unix systemaufrufe

Answer 4

• fork()
• exit()
  -wait()
  -open()
  -read()
  -write()
  -close()
  -pipe()
  -shmget()
  -mmap()
  –ioctl()
  -read()
  -write()
  -chmod()
  -umask()
  chown()
  -getpid()
  -alarm()
  -sleep()

Question 5

Was sind Shells ? Was ist ihre Funktion ins BS ?

Answer 5

Shells sind Kommandozeileninterpreter CLI, setzen Texteingaben in Aufrufe von BS Apis, und stellen die Ausgaben des BS dar.

Question 6

Was ist der Unterschied zwischen ein Prozess und ein Program ? (4)

Answer 6

• Ein PR ist ein Satz von Anweisungen, bei der Ausfuerhrung wird er als Prozess bezeichnet
• PS sind aktiv, PR passiv
• PS haben begrenzte Lebensdauer
• PR sind in der FS gespeichert, erfordern keine weitere ressourcen. PS enthalten CP, Speicher, EA…

Question 7

Was ist ein PCB ?

Answer 7

Process Control Block. Sind Datenstrukturen dass die notwendige Informationen zur Steuerung eine Prozesses enthaelt.

Question 8

Was macht der Syscall execve() ?

Answer 8

Ersetzt das Speicherbild des aufrufenden Prozesses mit den Inhalt des Pfades “name” erstezen.

Question 9

Wie kann einen Prozess auf einen Kind prozess warten ? Wie erzeugt und terminiert man prozesse ? (code)

Answer 9

while (TRUE) {
type_prompt();
read_command (command, parameters); /* Befehl einlesen */
if ( fork() != 0 ) {
// parent
waitpid (-1, &status, 0);
} else {
// child
execve (command, parameters, 0);
}
}

Question 10

Welche Prozesszustaende gibt es ? (5)

Answer 10

• Neu = Prozess wird erstellt
• Beendet = Der prozess wurde beendet
• Laufend = Der Prozess wird ausgefuerht
• Ready = Der prozess wartet um ausgefuerht zu werden
• Wartend/Blocked = Der prozess wartet auf einen Ereignis

Question 11

Was kann die Prozesszustaende Beeinflussen ?

Answer 11

• Seine Zulassung, terminierung, oder eigene Fehlern
• Interrupts von andere Prozesse
• Der Scheduler
• Das warten auf einen Ereignis

Question 12

Welche arten von IPC gibt es ?

Answer 12

• Message Passing:
  
  • Synchrone oder Asynchrone Nachrichtuebermittlung
  • Vorteile: - Sender kann weiterhin arbeiten
  • Nachteile: Sender muss ein handle schicken zum Fragen ob der Nachrit zugestellt wurde, und noch eine Zusaetzliche Nachricht ist fuer die Bestaetigung notig
  • Bsp: Sockets, Remote Procedure Calls, Web services
• Shared Memory:
  
  • Erstellung eines Segment des gem. Speichers, wo die Prozesse sich wie Saugetieren attachen.
  • Schreiben lesen mittels Kopieren der Speicher
  • Trennung mittels detach (shmdt(memory))
  • Vorteilen: Schreibzugriffe mussen nicht sofort an die FS geschrieben werden, und nach der Terminierung alle veranderung werden an die FS geschrieben.

Question 13

Was ist ein Memory Mapped Datei ?

Answer 13

Eine Art von IPC des Typs shared Memory wo einer Dateipfad als Segment id geteilt wird, stets der gem. Speichersegment

Question 14

Wie sieht eine Implementierung von shared Memory aus ?

Answer 14

segment_id = shmget (IPC_PRIVATE, size,
S_IRUSR | S_IWUSR);
shared_memory =(char *) shmat
(segment_id, NULL, 0);
sprintf(shared_memory, "Writing here...");
char read_value = *shared_memory;
shmdt (shared memory);

Question 15

Was sind Pipes ? Wie verwendet man den unter linux ?

Answer 15

Pipes sind Mechanismen die erlauben die Ausgabe von einen Prozess in der Eingabe von einen anderen Prozess umzuwandeln. In linux mit | geschrieben ls -la | grep

Question 16

Wie werden pipes in C behandelt ?

Answer 16

Pipes in C werden als eine weitere Datei behandelt
int main(void){
int pipe_verbindung[2];
pipe (pipe_verbindung);
if ( fork()==0 ) {
dup2 (pipe_verbindung[1], 1);
close (pipe_verbindung[0]);
execlp ("who","who",NULL);
} else if ( fork()==0 ) {
dup2 (pipe_verbindung[0], 0);
close (pipe_verbindung[1]);
execlp ("sort","sort",NULL);
}}

Question 17

Was ist ein Dateideskriptor unter POSIX ?

Answer 17

Der Index einer Geoffneten Date in der File struct. 0 stdin (tastatur), 1 stdout (konsole), 2 stderr

Konnen mittels DUP2 verandert werden

Question 18

Wie sieht sich eine PIPE in C aus ?

Answer 18

int main(void) {
int fd[2], nbytes; pid_t childpid;
char string[] = “Hello!\n”; char readbuffer[80];
pipe (fd);
if( (childpid = fork()) == -1) {
perror(“fork”); exit(1);
}
if(childpid == 0) {
close (fd[0]);
/* Child process closes up input side of pipe /
/ Send string through the output side of pipe /
write (fd[1], string, (strlen(string)+1));
exit(0);
} else {
close (fd[1]);
/ Parent process closes up output side of pipe /
/ Read in a string from the input side of pipe */
nbytes = read (fd[0], readbuffer, sizeof(readbuffer));
printf (“Received string: %s”, readbuffer); }
return(0); }

Question 19

Was ist die Beziehung zwischen Threads und Prozessen ? Welche Vorteilen hat die Verwendung von Threads ? (3)

Answer 19

• Dass Threads innerhalb von ein Prozess laufen, und auf das ganze Speicherbild des Prozesses zugreifen kann.
• Threads sind leichter und schneller zu erzeugen und terminieren (hohere Responsiveness)
• Mehrere threads konnen das selbe Prozessspeicherbild gleichzeitig teilen (dh, kommunikation zwischen Threads einfacher)
• Threads sind gut fuer E/A intensive Aktivitaeten geeignet (nuetzliche Paralelisierung, skalierbar)

Question 20

Unterschiede zwischen Kernel und Userthreads ? (3)

Answer 20

User level:

 - Schnelles Welchsel da kein Sys Interrupt notig
 - Nachteile:
   - Thread kann das Program blockieren mittels syscall. Da das BS nicht weiss das dass Prozess mehrere Threads hat
  - Multi Core Cpus nicht effizient verwentet (1 core x Prozess)

Kernel Level:

 - Preemptives Scheduling Moglich da, Threads konnen andere Threads nicht blockieren
 - Langsamer als user Threads, da Sprungs in BS notig.

Question 21

Welche sind die Grundaufrufe zur Threadverwaltung in POSIX ? (6)

Answer 21

• pthread_create
• pthread_exit
• pthread_join (wartet auf beedingung eines Threads)
• pthread_yield (Gibt CPU frei)
• pthread_attr_init (init von Attr. struktur)
• pthread_attr_destroy (loscht die Attributsstruktur)

Question 22

Warum ist threadprogrammierung schwierig ?

Answer 22

Dass wenn jeder Thread auf zb. Globale Variablen zugreift, dann kann die Veranderung von diese Variable einen Anderen Thread beeinflussen.
Loesung: Priv. Variablen pro thread

Question 23

Was ist eine Race Condition ?

Answer 23

Ist ein Software Problem, wo das Ergebnis einer Programausfuerhrung von der Reihenfolge oder dem Timing von Ereignissen abhaengt.

Question 24

Geben sie ein Program wo der Lost Update Problem auftritt

Answer 24

- Producer Consumer Problem
// producer
while(count == buffer_size) 
    // puffer voll
buffer[in] = nextProduced // eingabe
in = (in + 1) % buffer_size)
count++

//consumer
while (count == 0)
     // puffer leer
nextConsumed = buffer[out]
out = (out + 1) % buffer_size
count--
// ausgabe in nextConsumed

//Lost update in var. count

Question 25

Wie kann man Race Conditions verhindern ?

Answer 25

• Mittels MUTEX (mutual exclusion), dh. verhindern dass zwei Prozesse gleichzeitig in eine Kritische Region auftreten waerhrend dass sie auf Ressourcen zugreifen.

Question 26

Welcher sind die Mutex Bedingungen (4)

Answer 26

• Keine zwei PR durfen max. in der Krit. Reg. sein
• Keine Annahmen ueber Geschwindigkeit und # von CPUs gemacht werden
• Kein Prozess ausserhalb der Krit. Reg darf andere PR blockieren
• Kein PR sollte viel warten um seine Krit. Reg. zu besuchen

Question 27

Wie lautet die Loesung von Peterson fuer Mutex ?

Answer 27

• Unter der Annhahmen dass es Zwei Prozesse gibt mit nicht unterbrechbarer CPU Befehle Load und Store kann man:
• Gem. Var. interested[i], besagt der PR i in der Krit. Reg. eintreten mochte
• int turnWait: gibt der nachster Prozess dass warten muss.

Question 28

Wie lautet der Code von die Loesung von Peterson?

Answer 28

void enter_region(int Process) {
    int other = 1 - process;
    interested[process] = true;
    turnwait = process
    while(turnWait == process && interested[other] == true)
      // warten
}

void leave_region(int process) { interested[process] = false;}

Question 29

Welche Hardware befehle Ermoeglichen Locks ?, wie funktioniert das genau ?

Answer 29

• LOAD und STORE assembler befehle
• while(1) {
  enter_region() // block access (blockierend)
  // code in critical region
  leave_region() // free access
  }