Anwendungsprogramme und Betriebssysteme
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Questions and Answers

Was regelt das Betriebssystem hinsichtlich der Ressourcen?

  • Den konfliktfreien Zugriff auf Ressourcen. (correct)
  • Die exklusive Nutzung aller Hardware-Ressourcen.
  • Die endgültige Zuweisung aller Aufgaben.
  • Die Speicherverwaltung für alle Anwendungen.

    • Welche Art von Programmen können in der Klassifikation von Ressourcen gefunden werden?

  • Webanwendungen
  • System-nahe Programme (correct)
  • Cloud-Programme
  • Anwendungssoftware

    • Was sind Beispiele für Ressourcen, die das Betriebssystem verwaltet?

  • Datenbanken
  • Drucker (correct)
  • Webserver
  • Entwicklungsumgebungen

    • Was ist eine der Funktionen bei der Zuteilung von Ressourcen durch das Betriebssystem?

    <p>Verwendung verschiedener Scheduling-Algorithmen</p> Signup and view all the answers

    Welche Subsysteme sind beim Zugriff auf Ressourcen involviert?

    <p>Subsysteme des Kernels</p> Signup and view all the answers

    Wie wird ein Systemcall in Linux aufgerufen?

    <p>Durch Setzen von Werten im EAX Register und einem Interrupt</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn ein Interrupt auftritt?

    <p>Das Betriebssystem prüft, was als Nächstes zu tun ist</p> Signup and view all the answers

    Welches Register wird genutzt, um den Systemcall in Linux anzuzeigen?

    <p>EAX</p> Signup and view all the answers

    Was wird als Trap bezeichnet?

    <p>Der Wechsel vom User-Space in den Kernel-Space</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Interrupt wird von der Hardware erzeugt?

    <p>Asynchroner Interrupt</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Charakteristikum synchroner Interrupts?

    <p>Sie treten während der Ausführung einer Anweisung auf</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion erfüllt der Systemcall 'getpid'?

    <p>Er gibt die PID des aktuellen Prozesses zurück</p> Signup and view all the answers

    In welcher Programmiersprache wird ein Beispiel für einen Systemcall aufgeführt?

    <p>C</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Prozess im Kontext eines Betriebssystems?

    <p>Ein einzelner ausführbarer Thread im User-Space</p> Signup and view all the answers

    Welcher Raum wird vom Betriebssystem genutzt?

    <p>Kernel-Space</p> Signup and view all the answers

    Wie gewährleistet das Betriebssystem den Schutz zwischen Prozessen?

    <p>Durch die Nutzung von priviligierten Instruktionen</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion des Kernel-Space?

    <p>Er ermöglicht den direkten Zugriff auf die Hardware</p> Signup and view all the answers

    Was sind Systemaufrufe?

    <p>Mechanismen, die Anwendungen Zugriff auf Betriebssystemdienste ermöglichen</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet die Trennung von User-Space und Kernel-Space?

    <p>Die Schutzmechanismen zwischen Prozessen und dem Kernel</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielt die CPU für den Schutz von Prozessen?

    <p>Sie unterstützt durch privilegierte Instruktionen</p> Signup and view all the answers

    In welchem Raum laufen die einzelnen Prozesse?

    <p>Im User-Space</p> Signup and view all the answers

    Welche Methode wird verwendet, um die Prozess-ID (PID) am direktesten abzurufen?

    <p>syscall(SYS_getpid)</p> Signup and view all the answers

    Welcher Befehl wird im Inline-Assembler verwendet, um den Time-Stamp-Counter auszulesen?

    <p>rdtsc</p> Signup and view all the answers

    Was wird mit der Funktion my_getpid_int0x80() erreicht?

    <p>Sie verwendet einen Software-Interrupt zur Durchführung des Systemaufrufs.</p> Signup and view all the answers

    Was definiert die Konstante NUM in dem bereitgestellten Code?

    <p>Die Anzahl der Iterationen für die PID-Messung.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Funktion getpid() ist korrekt?

    <p>Es ist eine Standard-C-Bibliotheksfunktion.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der erste Schritt im Ablauf eines Hardware-Interrupts?

    <p>Ein Gerät meldet Interrupt über die Interrupt-Leitung.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der Anwendung, während ein Hardware-Interrupt verarbeitet wird?

    <p>Die Anwendung merkt von der Unterbrechung nichts, reagiert aber möglicherweise verzögert.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussagen zu Interrupt-Service-Routinen (ISRs) sind korrekt?

    <p>ISRs sollten so schnell wie möglich beendet sein.</p> Signup and view all the answers

    Welche von folgenden Interrupts sind nicht maskierbar?

    <p>Power failure.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht in Schritt 4 des Interrupt-Ablaufs?

    <p>Die ISR liest Daten in einen Betriebssystem-internen Puffer.</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet es, dass Interrupts Prioritäten haben können?

    <p>Höherpriorisierte Interrupts können niedrigpriorisierte ISRs unterbrechen.</p> Signup and view all the answers

    Warum werden Interrupts im Betriebssystem maskiert?

    <p>Um die Verarbeitung des aktuellen Interrupts nicht zu stören.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine mögliche Konsequenz, wenn Interrupts rekursiv bearbeitet werden?

    Signup and view all the answers

    Was geschieht als erstes bei einem Hardware-Interrupt?

    <p>Ein Gerät meldet Interrupt</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt die Funktion der Interrupt-Service-Routine (ISR)?

    <p>Die ISR liest Daten in einen internen Puffer</p> Signup and view all the answers

    Warum müssen Interrupts maskiert werden?

    <p>Um die Bearbeitung des aktuellen Interrupts nicht zu stören</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Szenarien ist kritisch für die Verarbeitung von Interrupts?

    <p>Die ISR-Routinen sollten so schnell wie möglich beendet werden</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Besonderheit von Hardware-Interrupts?

    <p>Bestimmte Hardware-Interrupts sind nicht maskierbar</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, nachdem der Mikroprozessor von einem Interrupt unterbrochen wird?

    <p>Eine ISR wird aktiviert, um den Interrupt zu bearbeiten</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht, wenn eine ISR läuft?

    <p>Die Anwendung muss auf Daten warten</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Priorität von Interrupts?

    <p>Höherpriorisierte Interrupts können ISRs unterbrechen</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Anwendungsprogramme

    • Anwendungsprogramme nutzen verschiedene Arten von Ressourcen wie Hardware (CPU, Arbeitsspeicher, Drucker) und Software (Bibliotheken).
    • Ressourcen können entziehbar (z.B. Arbeitsspeicher) oder nicht entziehbar (z.B. CPU) sein.
    • Ressourcen können exklusiv (z.B. Drucker) oder gemeinsam nutzbar (z.B. CPU) sein.

    Das Betriebssystem und Ressourcenmanagement

    • Das Betriebssystem reguliert den Zugriff auf Ressourcen und verhindert Konflikte.
    • Es verwendet verschiedene Scheduling-Algorithmen, um Ressourcen effektiv zu verteilen.
    • Um dies zu realisieren, arbeitet das Betriebssystem mit verschiedenen Subsystemen des Kernels zusammen, die sich jeweils auf bestimmte Aufgaben spezialisiert haben.
    • Subsysteme beinhalten z.B. Speicher-, Task-, IPC-, Netzwerk- und Dateisysteme.

    Abstraktion der Hardware

    • Für das Betriebssystem ist jedes Anwendungsprogramm ein einzelner Prozess.
    • Prozesse laufen unabhängig voneinander im User-Space.
    • Das Betriebssystem selbst befindet sich im Kernel-Space.
    • Die Trennung von User-Space und Kernel-Space ermöglicht einen vollständigen Schutz zwischen Prozessen und dem Kernel.
    • Dieser Schutz wird durch die CPU-Architektur mit speziellen Funktionen wie "priviligierte Instruktionen" sichergestellt.

    Systemcalls

    • Systemcalls sind die Schnittstelle zwischen Anwendungsprogrammen und dem Betriebssystem.
    • Damit eine Anwendung einen Systemcall ausführen kann, muss sie eine bestimmte Instruktionssequenz ausführen.
    • Systemcalls werden in der Regel durch Software-Interrupts ausgelöst, die den Wechsel vom User-Space in den Kernel-Space bewirken.

    Interrupts

    • Ein Interrupt ist ein Signal, das das Betriebssystem unterbricht und es dazu veranlasst, bestimmte Aktionen auszuführen.
    • Interrupts können von Hardware (z.B. Peripheriegeräte) oder Software (z.B. Fehlerhafte Instruktionen) ausgelöst werden.
    • Interrupts können asynchron (unvorhersehbar) oder synchron (kontrolliert) auftreten.
    • Asynchrone Interrupts werden von der Hardware erzeugt, synchrone Interrupts werden vom Prozessor selbst ausgelöst.
    • Interrupts haben eine bestimmte Priorität, die bestimmt, in welcher Reihenfolge sie abgearbeitet werden.

    Hardware-Interrupts

    • Ein Hardware-Interrupt wird durch ein Signal eines Peripheriegeräts ausgelöst, das eine bestimmte Aktion vom Betriebssystem verlangt.
    • Die Interrupt-Behandlungsroutine (ISR) liest Daten aus dem Gerät und schreibt sie in einen Puffer im Kernel-Space.
    • Das Betriebssystem kehrt dann zur unterbrochenen Anwendung zurück.
    • Die ISR sollte so schnell wie möglich abgeschlossen sein, um Verzögerungen zu minimieren.
    • Bestimmte Hardware-Interrupts sind nicht maskierbar (z.B. Speicherfehler, Stromausfall), da sie sofort behandelt werden müssen.

    Systemcalls messen (1/4)

    • Der Codeausschnitt zeigt, wie die Ausführungszeit von verschiedenen Methoden zum Abrufen der Prozess-ID gemessen werden kann.
    • Der Text beschreibt drei Methoden: getpid(), syscall(SYS_getpid) und my_getpid_int0x80().
    • Die Methoden unterscheiden sich in ihrer Effizienz und der Komplexität ihrer Implementierung.
    • Der Code nutzt Inline-Assembler, um den Prozessor-Timer rdtsc auszulesen.

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