Linux Systemarchitektur

Question 1

Was muss bei der Kernelprogrammierung beachtet werden?

Answer 1

• Innerhalb des Kernels stehen nur eingeschränkt
  Bibliotheksfunktionen zur Verfügung.
• Innerhalb des Kernels darf kein Floating-Point
  verwendet werden.
• Kernelcode steht nur ein eingeschränkter Stack zur
  Verfügung (4–8kByte).
• Kernelcode ist performance-optimiert programmiert
  (Stichwort goto).
• Innerhalb des Kernels gibt es keinen Speicherschutz.

Question 2

Was ist ein Monolithischer Betriebssystemkern

Answer 2

Ein monolithischer Kernel
Speicher- und Prozessverwaltung

++ Treiber für die Hardwarekomponenten und möglicherweise weitere Funktionen direkt eingebaut sind.

Question 3

Welches Scheduling kommt in Kernel zum Einsatz?

Answer 3

Prioritätengesteuertes Scheduling (mit Round-Robin oder FCFS).

Question 4

Werden Tasks und Threads im Kernel unterstützt?

Answer 4

Ja

Question 5

Weitere Features des Kernels

Answer 5

Unterstützung für unterschiedliche Systemarchitekturen und
Prozessoren
Speicherverwaltung
Security Mechanismen
-  Firewall
-  Zugrislisten
-  Intrusion Detection
. . .
Bekannte Programmierschnistelle

Question 6

Systemmerkmale aus Anwendersicht?

Answer 6

Zugri auf Peripherie ist auf den Dateizugri abgebildet.
3 „Dateien“ sind für jeden Rechenprozess direkt zugreifbar:
STDIN
STDOUT
STDERR
Systeminformationen und Systemzustände sind im
Proc-Filesystem abrufbar:
- cat /proc/cpuinfo
- cat /proc/interrupts

Question 7

In welcher Schicht liegt das Systemcall Interface

Answer 7

Liegt im Kernel

Question 8

Eigenschaften des Systemcall Interfaces

Answer 8

• Dienstzugangsschnitstelle
• Unabhängig von Programmiersprachen
• Realisiert über Sotwareinterrupt 0x80 (synchron zum
  Programmablauf, Assemblerbefehl INT oder sysenter)
  Argumentenübergabe über Register oder über den Stack
• Alle Systemcalls unter Linux sind im Headerfile aufgeführt

Question 9

Aus was besteht ein Prozess Kontrollblock

Answer 9

Task Prio
Quantum
Task Zustand
Machinen Zustand

Question 10

Was wird in der Prozesstabelle gespeichert

Answer 10

Pro laufenden Prozess einen Eintrag . Diesen Eintrag nennt man Prozesskontrollblock.
beinhaltet Informationen über
Zustand des Prozesses
- seinen Befehlszähler, CPU-Register, Stackpointer
Speicherbelegung, Zustand seiner geöffneten Dateien

Question 11

Welche Zustände hat ein Task?

Answer 11

Lauffähig, Wartend, Aktiv, Ruhend/Terminiert

Question 12

Funktionen eines Gerätetreibers?

Answer 12

Einbindung:
   init_module
   cleanup_module
   probe
   remove
Funktion APP triggered
   open
   close
   read
   write
Funktion OS/HW triggered
 ISRs
 Soft IRQ
 Timer
 Kernel Threads

Question 13

Was ist ein Kontext?

Answer 13

spezifiziert, welche Dienste und welche Ressourcen einem Codefragment zur Verfügung stehen
Darüber hinaus definiert der Kontext, ob ein Codefragment unterbrechbar ist oder nicht

Question 14

Was ist der Userkontext?

Answer 14

Ihm stehen die Dienste des
Betriebssystems zur Verfügung, wie sie im Systemcall-Interface spezifiziert
sind. Code dieser Ebene ist jederzeit unterbrechbar. Die Unterbrechungen
finden aufgrund von Interrupts statt, sei es durch einen Hardware-Interrupt
oder einen (selbst ausgelösten) Software-Interrupt.

Question 15

Was ist der Prozesskontext?

Answer 15

Diesem Code stehen sämtliche Funktionalitäten des Betriebssystemkerns zur
Verfügung – auch die Funktionalität, das Verarbeiten des Codes für einige Zeit anzuhalten

Question 16

Warum können (Kernel-Threads und damit

auch Workqueues) nicht Daten zwischen User- und Kernelspace austauschen?

Answer 16

sind an keine Apps gebunden

Question 17

Wie lösen Anwendungen Software Interrupts aus?

Answer 17

Systemcall

Nach einem Software-Interrupt wird Code auf der Kernelebene abgearbeitet.

Question 18

Was ist der Kernelkontext?

Answer 18

Sonstige Funktionen des Betriebssystemkerns (Kernel-Threads und damit auch Workqueues) werden im Kernelkontext abgearbeitet. Funktionen in dieser
Umgebung können ebenfalls schlafen, da sie aber an keine Applikation gebunden sind, können Sie keine Daten zwischen User- und Kernelspace
austauschen.

Question 19

Was ist der Interruptkontext?

Answer 19

stehen dem Code nicht alle Dienste des Betriebssystemkerns zur Verfügung. Funktionen in
diesem Kontext können sich nicht schlafen legen. Sie dürfen auch keine
anderen Funktionen wie beispielsweise kmalloc aufrufen, die ebenfalls Code
schlafen legen könnten. Der Zugriff auf Speicherbereiche der Applikationen
ist ebenfalls tabu. Routinen, die auf dieser Ebene ablaufen, sind Softirqs und ISR
Tasklets und Timer.

Question 20

Was sind ISR?

Answer 20

Interrupt-Service-Routinen laufen auf der ISR-Ebene ab. Dieser Code ist normalerweise nicht unterbrechbar.
Auch den ISRs ist es damit untersagt, sich schlafen zu legen oder Funktionen
aufzurufen, die einen Rechenprozess schlafen legen wollen.

Question 21

Warum werden SoftIRQ verwendet?

Answer 21

SoftIrqs allow the critical part of servicing hardware interrupts to be as short as possible; instead of having to process the entire hw interrupt on the spot, the important data is read off the device into RAM or otherwise, and then a SoftIrq is started to finish the work.