Operativsystemer - Oblig 5. Mathias Hedberg - Ving 68

Transkript

1 Operativsystemer - Oblig 5 Mathias Hedberg - Ving 68 1

2 KAP 11: I/O Kap 11: I/O Teori Spørsmål: 1. Hva er forskjellen på memory mapped og isolated I/O? Angi fordeler og ulemper med disse to prinsippene. a) Memory mapped vil si at vi ikke benytter seg av I/O portene, men heller en del av minnet. Med dette slipper man egne instruksjoner mot I/O porten men mister en del av mittet til dette. 2. På en harddisk, hvor mange bytes finnes som regel i en sektor? Hva er en sylin- der? Hva er typisk gjennomsnittlig aksesstid for en disk i dag? Hva er overføringsraten (ca, i MB/s) mellom diskplate og buffer? a) Som regel er det 512 bytes per sektor på en HDD. b) En sylinder er samlingen av sektorer som ligger på samme radius på hver disk i HHD-en. c) Typisk gjennomsnittlig aksesstid for en disk er ca 4.2ms (seek) + 6/2 ms (gjennomsnittligrotasjon) = 7.2 ms d) Ca 1.4*10ˆ-6 sek per 512 bytes => (1/1.4*10ˆ-6) * 512 = MB/s 3. Hva oppnår vi med å koble diskene som RAID disker? Hvordan er diskene organisert på RAID-level 1. Forklar hvordan diskene er organisert på RAID-level 5. a) Med RAID kan løse problemer som data retention via redundancy (lagring av data flere plasser slik at det er mindre sansynlighet for å miste data), utvidelse av filsystemer ved å bruke flere mindre disker, og og høyere hastighet på treige disker. b) RAID-1 trenger bare to disker for å fungere. Målet med dette oppsettet er å øke redundancy slik at dersom den ene disken krasjer, har man fortsatt den andre disken som backup. Man vil også kunne oppleve raskere lesehastigheter med dette systemet. Med RAID-1 vil data dupliseres på begge diskene slik at dataen er likt på begge diskene. c) RAID-5 trenger minst 3 disker for å fungere. Målet med dette systemet er å kunne utnytte plassen på diskene for å lage et større filsystem, samtidig som man har en eller annen form for sikkerhet dersom en disk krasjer. I steden for å ha en kopi av all data på en disk, benytter RAID-5 seg av paraitetsbit. Disse tar opp mye mindre plass og gir datamaskinen mulighet til å rekonstruere data-en dersom en av diskene går ned. Disse paraitetsbitene spres ut over alle diskene i RAID arrayen. 4. Hvilke fire kriterier definerer et presist interrupt? 1. PC lagres på et kjent sted 2. Alle instruksjoner før PC er ferdig 3. Ingen instruksjoner etter PC er kjørt 4. Kjent tilstand for PC-instruksjonen 5. Forklar forskjellen mellom HDD og SSD når det gjelder lesing, skriving/over- skriving og sletting av filer. Hva er poenget med TRIM kommandoen? Mathias Hedberg 2

3 Lab Oppgaver: KAP 11: I/O a) Den store forskjellen mellom SSD og HDD er at SSD ikke har noen bevegelige deler, den må i motsettning til HDDen ikke vente på at leserhodet flytter seg til riktig sted på disken. b) En HDD skriver som oftest rett over gammel data, men en SSD må slette en hel block, som inneholder 128 pages (selv om man bare skal skrive over en blokk) for å kunne skrive ny data. c) TRIM kommandoen ble implementert pga et behov om å gjøre overskriving av data til blokker der det allerede finnes data, raskere. Problemet oppstår fordi for å kunne overskrive til en blokk som allerede har data, må denne dataen leses av blokken, mellomlagres på datamaskinen, så skrives igjen, noe som kan ta en del tid. TRIM kommandoen gjør det slik at man ikke lenger må overskrive data fordi SSDen har allerede slettet dataen fra disken. Dette er fordi når en page slettes, sender datamaskinen en TRIM kommando til SSDen om at denne pagen er nå borte. SSDen vil på egen hånd mellomlagre data på blokken, slette data på den, og skrive over på nytt den dataen som fortsatt skal være der. Nå er blokken klar for at ny data kan skrives til en av sine ledige pages. 6. Hva betyr det at et operativsystem er tilpasset SSD disker (slik som f.eks. Windows 7 er). a) Om OSen er tilpasset diskene, vil den gjøre ting som å slå av disk- defragmentering og skru på funksjoner som TRIM. OSen vil kanskje også redusere hvor ofte den skriver på disk for å kunne øke levetiden til SSDen. Lab Oppgaver: a) Skriv en PowerShell-kommandolinje som skriver ut alle prosesser som har working set større enn 10MB. Det skal skrives ut prosessnavn, prosess-id og working set-størrelse, sortert på working set-størrelse. a) get-process Where-Object {$_.WorkingSet -gt } Sort-Object -Property WS Format-Table -Property ProcessName,ID,WS Mathias Hedberg 3

4 KAP 12: DEADLOCK Kap 12: Deadlock Teori Spørsmål: 1. Det kreves at fire ulike betingelser alle må være oppfylt for at deadlock skal inntre. Beskriv disse kort. a) At det bare er en prosess per ressurs. b) At prosesser kan vente på en annen ressurs mens den holder på en annen. c) Ressursene må frivillig gis bort etter bruk. d) To eller flere prosesser venter på ressurser fra andre i sirkelen. 2. Hva vil det si at en tilstand er unsafe i forbindelse med deadlock? a) Det vil si at det ikke er noen garanti på at ressursbehovet kan oppfylles av systemet. Ting ved dette stadiet kan gå galt og ende opp i deadlock. 3. Forklar kort hva en ressursgraf er og hvordan den kan benyttes til å avsløre om vi har en deadlock situasjon. a) En ressursgraf kartlegger ressursene og behovet som systemet har. Med en slik graf vil vi kunne simulere om kravene kan bli oppfylt ved å teste ut alle de forskjellige mulighetene det er for å løse ressursproblemet. Dersom den ikke kan løses, har vi et deadlock problem. 4. Tanenbaum oppgave 6.2 Students working at individual PCs in a computer laboratory send their files to be printed by a server which spools the files on its hard disk. Under what conditions may a deadlock occur if the disk space for the print spool is limited? How may deadlock be avoided? a) Print service-en kan vente på at det skal fries opp plass på disken slik at den kan prosessere filene. Men dette skjer ikke pga disken er helt opptatt med filene som skal skrives ut. b) Det kan fikses ved å partisjonere disken slik at en del er for brukerene sin printque, mens den andre er for selve systemet. 5. Tanenbaum oppgave 6.25 A computer has six tape drives, with n processes competing for them. Each pro- cess may need two drives. For which values of n is the system deadlock free? a) Bare ved 3. Dersom man har 4 kan en prosess slippe en ressurs og så trenge den etterpå, men denne brukes av den 4. prosessen som også vil ha en til. 6. Tanenbaum oppgave 6.27 A system has four processes and five allocatable resources. The current allocation and maximum needs are as follows: a) Dette går ikke fordi vi trenger flere resurser i den siste kolonnen. Uansett hva x er vil dette ikke gå. Mathias Hedberg 4

5 KAP 13: VIRTUALISERING Kap 13: Virtualisering Teori Spørsmål: 1. Forklar påstanden til Popek og Goldberg fra 1974: A machine is virtualizable only if the sensitive instructions are a subset of the privileged instructions. a) Det vil si at den er virtualizable dersom den instruksjonen som skal utføre en kritisk operasjonen som kan feks endre på VMM-en blir traped, og kontroll blir gitt til VMM-en til å utføre operasjonen. 2. Tanenbaum oppgave 7.16 VMware does binary translation one basic block at a time, then it executes the block and starts translating the next one. Could it translate the entire program in advance and then execute it? If so, what are the advantages and disadvantages of each technique? a) Dersom dette skal fungere, må vi helst ha kildekoden til programmet. Dette er noe vi ikke alltid har. Dersom man ikke har dette vil det være veldig vanskelig siden vi ikke vet hvilke instruksjoner som skal kjøres. Programmet vil ta veldig lang tid å starte opp siden den må kjøres en hel gang først, før noe vises på skjerm. 3. Forklar hvordan datamaskinarkitekturens beskyttelsesringer (protection rings) benyttes ved virtualisering når virtualiseringsteknikken er binæroversetting (VMware s teknologi). a) VMM-en kan med disse ringene sette gjeste-os-en i en mindre priviligert ring slik at den ikke kan gjøre skade på hosten. Deretter benytter den seg av Binary Translation for å få kjørt de instruksjonene som kjernen av gjesteoperativsystemet vil kjøre på en sikker måte, ved å se gjennom instruksjonene som skal kjøres. 4. Hva karakteriserer en applikasjon som vil være utfordrende/problematisk å kjøre på en virtuell maskin?. a) Applikasjoner som krever grafiske elementer som Open-GL kan oppleve vanskeligheter å få dette til på samme måte. b) Bruk av USB 3 har også vært et problem i det siste på grunn av dårlig I/O håndtering. 5. Forklar kort fordeler og ulemper med shadow page tables i forhold til nested/extended page tables. a) Fordelen er at vi slipper unødvendig CPU bruk for å gjøre om virtuell minne til fysisk minne på gjeste operativsystemet og så til den faktisk fysisk minne. Den går rett fra virtuell til fysisk på hosten. b) Jo flere cpu-er den virtuelle maskinen har, jo treigere blir den, i forhold til nested paging. c) Men dette vil gå treigt jo mer minne som brukes fordi alle tabellene må oppdateres. 6. Forklar kort hvordan IOMMU kan være nyttig hardwarestøtte for virtualisering. Mathias Hedberg 5

6 Teori Spørsmål: KAP 13: VIRTUALISERING a) En IOMMU kan koble opp DMA enheter til fysisk minne. I virtualisering vil dette si at vi kan koble opp ting som grafikk kort til VM-en, installere driverne til den på VM-en, og bruke den som valig på VM-en. Uten en IOMMU ville DMA enheter feile. Mathias Hedberg 6