Skisse til løsning for eksamensoppgave i TDT4186 Operativsystemer

Transkript

1 Institutt for datateknikk og informasjonsvitenskap Skisse til løsning for eksamensoppgave i TDT4186 Operativsystemer Faglig kontakt under eksamen: Svein Erik Bratsberg: Eksamensdato: 9. desember 2013 Eksamenstid (fra-til): 15:00-19:00 Hjelpemiddelkode/Tillatte hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Annen informasjon: Målform/språk: Norsk bokmål Antall sider: 5 Antall sider vedlegg: 0 Kontrollert av: Dato Sign. Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Har du spørsmål om din sensur må du kontakte instituttet ditt. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike spørsmål.

2 Oppgave 1 Generelt (10 %) a) Et operativsystem er en abstrakt datamaskin og en ressurshåndterer. Det håndterer maskinvare og lar brukeren få et grensesnitt som er enkelt å bruke. Sluttbrukeren kan starte programmer, bruke filer, osv. Programmeren kan... osv. Administratoren kan... osv. Her kan det skrives mye om man ønsker men svaret kan gjøres enkelt. b) write(fd,buf,len); er et systemkall som skriver ut et buffer med lengde len til en åpen fil med fildeskriptor fd. Der som skjer er helt analogt med det som skjer i figuren ovenfor, bare at det er write i stedet for read. Det som er essensen er at write er beskyttet slik at det må skiftes til kjernemodus for å utføre systemkallet og at det returneres tilbake til brukesmodus når kjernen er ferdig (har fått avbrudd fra I/O-enheten). Oppgave 2 Tråder og synkronisering (20 %) a) Samtidighetsproblemene er løst ved å bruke Javas innebygde monitor ved hjelp av nøkkelordet synchronized, som står foran metodene som jobber med Sushibaren. Dette gjør at kun en tråd kan gjøre bruk av Sushibaren på en gang. b) Enter2 er ikke bra på det med «guarded waits». Metoden venter bare på at det er ledige stoler, så legger den til to kunder uten å sjekke at de er ledige. I tillegg bør den vente på to ledige stoler. Det burde være en skikkelig «guard» her. F.eks. while (seats.size()>=(capacity-1)) try { wait();... c) For å få til en Monitor med condition-variabler i pthreads (POSIX) må man bruke en mutex (med bruk av lock() og unlock()) for å ordne monitoren og en condition variabel Side 2 av 5

3 med (wait() og signal()) for å simulere condition-variabler. Se f.eks. Producer-consumereksempelets buk av the_mutex og condp og condc i figur 2-32 i Tanenbaum. En annen mulighet er å bruke POSIX sitt semaforbegrep, men det er ikke behandlet i læreboka. d) Omløpstid: Tid til prosessen er ferdig. Round-robin (tidskvantum=1): 9.2 (P1 19, P2 2, P3 7, P4 4, P5-14) FCFS (rekkefølge P1-P5): 13.4 (P1 10, P2 11, P3 13, P4 14, P5-19) Shortest Job First: 7 (P1 19, P2 1, P3 4, P4 2, P5-9) prioritetstidsdeling: 12 (P1-16, P2-1, P3-18, P4-19, P5-6), evt (P1-18, P2-1, P3-8, P4-19, P5-6). Oppgave 3 Minnehåndtering (20 %) a) Når man får en sidefeil trenger man en ledig plass i minnet og da kjøres «page replacement»-algoritmen. I tillegg gjøres det ofte noe arbeid ved klokkeavbrudd, f.eks. at R-biter nullstilles i sidetabellen. MMU støtter setting av R- og M-biter for sidene. Det er også vanlig å la page replacement-algoritmen ha en bakgrunnsaktivitet som skriver ut skitne sider og klargjøre hvilke sider som kan «stjeles». b) Vi får 7 sidefeil ved begge to. P i tabellen under indikerer sidefeil LRU P P P P P P P FIFO P P P P P P P c) Her kan man bruke delte biblioteker (shared objects/dll). Dette er bibliotekskode som først blir hentet ved lasting av programmet til minne (load time) eller ved kalltidspunktet (runtime). Koden deles i minnet via «memory-mapped files», dvs. områder som mappes inn i hver prosess som gjør bruk av bibiliotektet. d) Intel Pentium støtter 4 «løk»-ringer av privilegeringsnivåer. Hvert segment tilhører ett av de fire nivåene. Hvert program tilhører også et nivå i ringen (2 bit i PSW-registeret). Så lenge et program bruker segmenter på samme nivå som sitt eget går alt bra. Aksess til segmenter på et høyere nivå går også bra, men aksess til lavere nivåer er ikke lovlig og forårsaker traps. Aksess her må gjøres via «call gates» (systemkall). Side 3 av 5

4 Oppgave 4 Filsystemer (10 %) a) Et «journaling file system» er ment å løse «transaksjons»-problemer, dvs når flere operasjoner mot filsystemet utgjør en logisk operasjon, kan disse bli atomiske ved å bruke en logg a la databasesystemer. F.eks. består sletting av en fil i Linux av å (1) fjerne fila fra katalogen, (2) gi inoden tilbake til filsystem og (3) frigjøre alle de brukte blokkene. Loggen gjør at disse operasjonen kan bli kjørt på nytt eller undoet ved oppstart etter en krasj/ukontrollert stopp. b) Figuren er hentet fra læreboka. Blokkene lenkes sammen ved hjelp av en tabell i minne. Oppgave 5 I/O-programvare (10 %) a) (1) Programmert I/O med polling, (2) avbruddsdrevet I/O og (3) I/O med DMA. b) Man prøver å gjøre alle I/O-enheter og drivere like slik at annen programvare som bruker disse kan deles. De viktigste temaene er å ha en uniform navngivning og et uniformt grensesnitt for devicedrivere. Det er også viktig å gjøre bruk av bufring slik at alle enheter kan opptre i samme hastighet overfor programvare som bruker de, så kan enheten skrives/leses i en annen (lavere) hastighet. Andre temaer er felles feilrapportering og bruk av lik blokkstørrelse for forskjellige typer I/O-enheter. Et eksempel på device independence er navngivning av enheter i Linux, som typisk heter /dev/et-ellerannet. Side 4 av 5

5 Oppgave 6 Vranglåshåndtering (10 %) a) Vi prøver oss fram med stigende verdier for x. x=0 går ikke: Det ingen av prosessene som kan få sitt behov oppfylt. X=1 gjør at prosess D kan bli ferdig først. Så kan prosessene A, B og C bli ferdig. Systemet er i en sikker tilstand. b) Utsulting betyr at det finnes en eller flere prosesser som aldri får en ressurs. F.eks. hvis skriveren alltid skriver ut den korteste fila først, og det stadig ankommer korte filer, vil ikke lange filer bli skrevet ut og de «sulter ut». Det er ikke vranglås, men enkelte prosesser blir aldri ferdig/får aldri ressuresen. Oppgave 7 Multiprosessorsystemer (10 %) a) Vi deler først inn i UMA og NUMA. Så deles UMA inn i buss, crossbar swith (mesh) og omeganettverk. NUMA finnes i modellene NC-NUMA (brukes ikke) og CC-NUMA. b) TSL (Test-and-Set-Lock)-basert synkronisering på en datamaskin med flere CPUer kan forårsake veldig tung synkronisering fordi TSL forårsaker «cache thrashing». TSL består av både en lesing og en skriving og hele cacheblokker kastes fram og tilbake fordi allle CPUene skriver til låsen. Det vanlig trikset er å dele opp i en lesing først for å se om låsen er satt. Hvis den ikke er satt, kan man kjøre en vanlig TSL. Det finnes også en annen modell omtalt i læreboka (Tanenbaum) hvor hver CPU spinner på sine egne kopier av låsen (figur 8-11). Oppgave 8 Linux (10 %) a) fork() brukes for å lage en ny prosess. exec() brukes for starte et nytt program i en prosess. waitpid() brukes for at en morprosess skal vente på barneprosessen. b) EXT2 bruker blokkgrupper for å la en fil bli lagret på omtrent samme sted på disken. Side 5 av 5