Betriebssystem Ressourcen und Management
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Questions and Answers

Was regelt das Betriebssystem hinsichtlich der Ressourcen?

  • Die Definition von Software-Anforderungen
  • Die Kaufentscheidung für Hardware
  • Den konfliktfreien Zugriff auf Ressourcen (correct)
  • Die sofortige Zuteilung aller Ressourcen

    • Welche Art von Ressourcen wird oft klassifiziert?

  • Weder Hardware- noch Software-Ressourcen
  • Nur Software-Ressourcen
  • Nur Hardware-Ressourcen
  • Hardware- und Software-Ressourcen (correct)

    • Was ist ein Beispiel für ein Hardware-Ressourcensubsystem?

  • Grafische Benutzeroberfläche
  • Task Scheduler
  • CPU (correct)
  • Bibliotheken

    • Was wird oft verwendet, um die Zuteilung von Ressourcen im Betriebssystem zu steuern?

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

    Welche Zwei Funktionalitäten sind nicht Teil des Betriebssystems?

    <p>Hardware und RAM</p> Signup and view all the answers

    Welches Element wird von einem Betriebssystem jedem Thread zugewiesen?

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

    Was ist notwendig, damit ein Programm ausgeführt werden kann?

    <p>Mindestens 1 Prozess</p> Signup and view all the answers

    Was zeigt der Befehl gcc –Wall –O2 –o./app app.c an?

    <p>Die Übersetzung eines C-Programms</p> Signup and view all the answers

    Was wird als Speicher für einen Prozess reserviert, wenn ein Programm ausgeführt wird?

    <p>Stack, Heap und Textsegment</p> Signup and view all the answers

    Wie abstrahiert das Betriebssystem von der Hardware?

    <p>Durch Virtualisierung der Hardware</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Ressourcen wird nicht jedem Thread individuell zugewiesen?

    <p>Grafische Benutzeroberfläche</p> Signup and view all the answers

    Wozu dient der Befehl strace in Bezug auf die Ausführung eines Programms?

    <p>Um Systemaufrufe und Signale zu verfolgen</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Struktur eines Prozesses zu?

    <p>Ein Prozess kann aus mehreren Threads bestehen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion hat ein Compiler?

    <p>Er übersetzt Programme in Maschinencode.</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt der Befehl 'gcc –Wall –O2 –o app app.c'?

    <p>Er setzt eine ausführbare Datei mit dem Namen 'app' aus 'app.c'.</p> Signup and view all the answers

    Wozu dient der Linker im Übersetzungsprozess?

    <p>Er verbindet Objektdateien mit Bibliotheken.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht im ersten Schritt des Kompilierens?

    <p>Der C-Präprozessor verarbeitet #defines und #includes.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Funktion von 'mama' in dem Programm?

    <p>Es ist eine statische Variable, die einen Wert speichert.</p> Signup and view all the answers

    Welches Segment wird in einem C-Programm typischerweise für den Code verwendet?

    <p>Text-Segment</p> Signup and view all the answers

    Welcher Aspekt ist bei der Speicherung von Inhalten in eine Datei wichtig?

    <p>Die Implementierung von Funktionen und Bedingungen.</p> Signup and view all the answers

    Warum ist der Befehl '#include' wichtig in C-Programmen?

    <p>Er ermöglicht die Nutzung von Bibliotheken und Funktionen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Hauptzweck eines Betriebssystems?

    <p>Die Komplexität eines Computers zu verstecken.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Unterschied zwischen einem Prozess und einem Thread?

    <p>Prozesse sind immer eigenständig, während Threads Ressourcen teilen.</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet der Begriff 'User-Mode' im Kontext eines Betriebssystems?

    <p>Sicherheitskontrollen sind in diesem Modus aktiv.</p> Signup and view all the answers

    Was sind Systemaufrufe?

    <p>Schnittstellen, die es Anwendungen ermöglichen, Betriebssystemfunktionen zu nutzen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Interrupt?

    <p>Ein Signal, das dem Betriebssystem anzeigt, dass eine Bedingung erfüllt ist.</p> Signup and view all the answers

    Was umfasst ein Shell-Skript?

    <p>Kommandos, die in einer Textdatei für die Ausführung zusammengefasst sind.</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion haben Shell-Skripte in einem Betriebssystem?

    <p>Sie erleichtern die Automatisierung von Aufgaben.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Aspekt ist kein Ziel des Studiums von Betriebssystemen?

    <p>Die Arten von Benutzerschnittstellen zu gestalten.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptzweck von Systemcalls?

    <p>Um Funktionalitäten des Betriebssystems vom Benutzerprozess auszurufen.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Optionen ist kein Beispiel für einen Systemcall?

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

    Wie können Systemcalls in Linux nachverfolgt werden?

    <p>Durch die Verwendung von strace.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden APIs ist nicht Teil der UNIX-Systemcalls?

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

    In welchem 'Space' laufen die Instruktionen eines Systemcalls?

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

    Wozu dient die Funktion 'gettimeofday' in Systemcalls?

    <p>Um die aktuelle Zeit abzurufen.</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht der Systemcall 'clone'?

    <p>Er erstellt eine Kopie des aktuellen Prozesses.</p> Signup and view all the answers

    Woher stammen die Beispiele für Systemcalls in UNIX?

    <p>Von den Systembibliotheken des Kernels.</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt das Initialisieren des Code-Segment-Registers?

    <p>Es stellt die aktuelle Privilegienstufe auf Null ein.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion von getpid() in einem Linux-System?

    <p>Um die Prozess-ID (PID) abzurufen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Methode zur Messung der Ausführungszeit eines Systemaufrufs ist unkomplizierter?

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

    Welches dieser Systeme wird verwendet, um den Software-Interrupt int 0x80 auszuführen?

    <p>my_getpid_int0x80()</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion hat der Preprocessor-Direktiv #include in einem C-Programm?

    <p>Es schließt Header-Dateien ein.</p> Signup and view all the answers

    Was wird in einem C-Programm typischerweise zur Messung der Ausführungszeit eines Systemaufrufs verwendet?

    <p>Alle genannten Methoden.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein typisches Merkmal von Systemaufrufen in einem Betriebssystem?

    <p>Sie ermöglichen den Zugriff auf Hardware-Ressourcen.</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Konzepte hat nichts mit Systemaufrufen zu tun?

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

    Study Notes

    Betriebssysteme (BS) - Prozesse & Threads, Systemaufrufe & Interrupts

    •  Agenda:

      • Was ist ein Prozess und was ist ein Thread?
      • Wie werden Systemaufrufe realisiert?
      • Was ist der User-/Kernel-Mode?
      • Was ist ein Interrupt?

    • Ziele:

      • Konzepte von Prozessen und Threads verstehen
      • Konzepte der Systemaufrufe verstehen
      • Unterschiede User-/Kernel-Mode verstehen
      • Konzepte von Software- und Hardwareinterrupts verstehen und unterscheiden
      • Anhand kleinerer Beispiele kennenlernen

    • Definition "Betriebssystem":

      • Eine Software, die die Komplexität eines Computers vor dem Benutzer und dem Programmierer verbirgt (abstrahiert).
      • Stellt gemeinsame, sichere Zugriffe auf Rechen-, Speicher- und Kommunikationsmittel zur Verfügung.

    • Was sind Unix Shell Skripte?

      • Textdatei, die eine Reihe von Kommandos zu einem ausführbaren Programmablauf zusammenfasst.
      • Alles, was in der Befehlszeile ausgeführt werden kann, kann auch in einem Skript zusammengefasst werden.
      • Ergebnis beider Methoden ist identisch.

    • Beispiel Shell Skript:

      • Skript zur Identifizierung aller laufender Prozesse mit offenen Ports.
      • Muss als Superuser/Root ausgeführt werden.
      • Minimiert die Anzahl offener Netzwerkports.

    • Was sind Dateisystemrechte (File Permissions)?

      • ls -al: Listet alle Dateien im langen Format.
      • Zeigt Berechtigungen (Leserecht, Schreibrecht, Ausführungsrecht) für Benutzer, Gruppen und andere.
      • Typen (Ordner, Dateien, Verknüpfungen).

    • Beispiel: Datei-Management Skript:

      • Programm zum Erstellen, Löschen und Anzeigen von Dateien.
      • Eingehende Befehle mittels eines Shell-Menüs.
      • Speichern von Inhalten in Dateien.

    • Quiz zur Wiederholung:

      • QR-Code für Online-Quiz-Lösungen bereitgestellt.

    • Wiederholung C-Programme übersetzen:

      • Thema: C-Programmübersetzung.

    • Wie arbeitet ein Compiler?

      • Übersetzt Computerprogramme von einer lesbaren Programmiersprache in die Binärrepräsentation der Zielarchitektur.
      • Schritte: C-Präprozessor, Übersetzung in Maschinencode, Assembler, Linker.
      • Einbeziehung von Bibliotheken und optimieren dem Quellcode (-Wall -02).

    • Wiederholung - Prozesse:

      • Ein Programm wird vom Betriebssystem als Prozess ausgeführt.
      • Speicherverwaltung für Text- und Datensegmente, Heap und Stack.

    • Wie funktioniert die Abstraktion der Hardware (1/3)?

      • Abstraktion durch Betriebssystem.
      • Virtualisierung der Hardware.
      • Jede Anwendung ein Prozess mit mindestens einem Thread.
      • Jeder Thread wird für die CPU und Speicherbereich zugeteilt.

    • Wie funktioniert die Abstraktion der Hardware (2/3)?

      • Klassifizierung von Ressourcen (entziehbar/nicht entziehbar, exklusiv/gemeinsam nutzbar).
      • Beispiele: CPU, Hauptspeicher, Drucker.
      • Betriebssystem verwaltet konfliktfreien Zugriff auf Ressourcen.

    • Wie funktioniert die Abstraktion der Hardware (3/3)?

      • Jede Anwendung ein Prozess im User-Space.
      • Betriebssystem im Kernel-Space.
      • Trennung sorgt für Schutz der Prozesse und Betriebssystem.
      • Priviligierte Instruktionen durch CPU-Unterstützung.

    • Was ist ein Systemcall?

      • Werkzeug für Prozesse, um Betriebssystemfunktionen aufzurufen.
      • Beispiele: open, read, clone oder get gettimeofday.
      • Systemcalls laufen im Kernel-Space.
      • Systemcalls werden mit dem Tool strace verfolgt.

    • Systemcall-Quiz:

      • Schüler schätzen die Anzahl der Systemfunktionen für Linux (64 Bit) und Windows (Win64).

    • Wie wird ein Systemcall aufgerufen (alter Linux Weg)?

      • Verwendung von Assembler-Instruktionen (z. B. movl 0x27, %eax, int $0x80).
      • Setzen des EAX-Registers auf die Systemcall-Nummer.
      • Ausführen des Systemcalls.
      • Softwareinterrupts um den Prozesswechsel in den Kernel-Space zu ermöglichen.

    • Interrupts:

      • Ein Signal an das Betriebssystem, das die Durchführung läuftenden Prozesses unterbricht (bei Hardware- oder Softwareereignissen).
      • Unterscheidung von asynchronen und synchronen Interrupts.
      • Kategorien von Interrupts: Exceptions/Prozessor-Interrupts, Faults, Traps
      • Systemrufe (SW-Interrupts.

    • Was sind Hardware-Interrupts?

      • Hardware teilt dem Betriebssystem mit, dass es Daten zu verarbeiten gilt.
      • Hardware meldet sich mit einer Interrupt-Leitung an die CPU.
      • Beispiel: Tastatur oder Maus.
      • Moderner x86-64 Prozessor kann viele Hardware-Interruptquellen erkennen.

    • Interrupts unter Linux:

      • proc/interrupts: Liste der ausgeführten Interrupts seit Systemstart.
      • Identifikation der Hardware-Quelle und der CPU-Core.

    • Wie sieht der Ablauf von HW-Interrupts aus?

      • Ein Gerät meldet einen Interrupt.
      • Der Prozessor wird unterbrochen.
      • Eine Interrupt-Service Routine (ISR) liest Daten in einem internen Puffer des Betriebssystems.
      • Das Betriebssystem wechselt zurück auf den vorher unterbrochenen Prozess.
      • Periodische Kopierarbeit der Daten zwischen den Puffern des Betriebssystems und Anwendung.

    • Besonderheiten von Hardware-Interrupts:

      • Interrupt-Service Routinen (ISRs) verarbeiten Unterbrechungen.
      • Das Betriebssystem kann weitere Interrupts blockieren.
      • Einige Hardware-Interrupts können nicht maskiert werden. (bspw. Memory Error).
      • Interrupts können Prioritäten haben.

    • Systemcalls und privlegierter Kernel-Space (Intel Architektur):

      • Der int 0x80 Systemcall ist langsam, daher gibt es SYSCALL (ab Intel 80586), SYSENTER (ab Intel 386).
      • Der privilegierte Kernel-Modus ist der höchste Privileg-Level.
      • Operationen mit SYSCALL.
      • Code-Segment Register (CS) und Stack-Segment Register (SS).

    • Codebeispiel Systemcalls getpid():

      • C-Codebeispiel, das die Funktionalität von getpid() auf verschiedenen Wegen demonstriert.

    • Messen von Systemcalls:

      • C-Funktionen zur Messung der Ausführungszeiten von Systemrufen, wie getpid() (libc, syscall, int 0x80).
      • Leistungsvergleich der unterschiedlichen Methoden.

    • Systemcalls ausmessen (1/4 - 4/4):

      • Detaillierte Beschreibung und Codebeispiele für das Messen der Ausführungszeiten von Systemcalls.

    • Disassembly von getpid():

      • Objdump-Beispiel zur Dekodierung und Analyse der Systemcall-Prozedur.
      • Die zugrundeliegenden Maschinensprache-Instruktionen.

    • Der Spectre Bug und dessen Folgen:

      • Seitenkanalangriff durch spekulative Ausführung,
      • Auswirkungen auf CPU-Design und Betriebssysteme.
      • Leistungsbeeinträchtigungen und Schutzmaßnahmen.

    • Hands-on Time Systemcalls getpid():

      • Praktische Anwendung und Übung zu Systemcalls und deren Messung.

    • Systemcalls auf BS-Server messen:

      • Messungen auf einem BS-Server mit bestimmten Hardware-Spezifikationen.
      • Ausführungsmessung unter Belastung (viele Prozesse).

    • Zusammenfassung:

      • Zusammenfassung der behandelten Konzepte und Themen.

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    Description

    Dieses Quiz behandelt die wichtigen Aspekte der Ressourcenzuteilung und -verwaltung in Betriebssystemen. Sie werden Fragen zur Klassifizierung von Ressourcen, Hardware-Ressourcensubsystemen und Funktionen des Betriebssystems beantworten. Testen Sie Ihr Wissen über die wichtigsten Befehle und deren Bedeutung in der Programmierung.

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