Betriebssysteme: Prozesse und Threads
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Betriebssysteme: Prozesse und Threads

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Questions and Answers

Was sind die Hauptfunktionen eines Betriebssystems?

  • Es sorgt für die Sicherheit von Hardware.
  • Es führt alle Prozesse auf dem Computer aus.
  • Es stellt eine Schnittstelle zwischen Benutzern und Programmen bereit. (correct)
  • Es abstrahiert die Komplexität des Computers. (correct)

    • Ein Thread ist dasselbe wie ein Prozess.

    False

    Nennen Sie einen wesentlichen Unterschied zwischen User-Mode und Kernel-Mode.

    Im User-Mode hat der Code eingeschränkten Zugriff auf Systemressourcen, im Kernel-Mode hat er vollen Zugriff.

    Ein __________ ist eine Software, die Prozesse und Threads effizient verwaltet.

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

    Neben den folgenden Begriffen ordnen Sie die richtigen Beschreibungen zu:

    <p>Prozess = Ein Programm in Ausführung Thread = Ein grundlegender Ausführungseinheit innerhalb eines Prozesses Systemaufruf = Ein Mechanismus, um den Kernel um Dienste zu bitten Interrupt = Ein Signal, das einen Prozess unterbricht</p> Signup and view all the answers

    Wie wird ein Shell Script in Unix definiert?

    <p>Es ist eine Textdatei, die eine Serie von Befehlen enthält.</p> Signup and view all the answers

    Scripte in Unix können nur in der Befehlszeile, nicht jedoch in einem Skript ausgeführt werden.

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

    Was sind zwei Hauptziele bei der Einführung von Prozessen und Threads?

    <p>Die Konzepte von Prozessen und Threads verstehen, sowie deren effiziente Verwaltung.</p> Signup and view all the answers

    Welche Instruktion wird verwendet, um in C die PID eines Prozesses zu erhalten?

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

    Interrupts sind immer Hardware-basiert.

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

    Was bewirkt ein Interrupt im Betriebssystem?

    <p>Ein Interrupt hält den laufenden Prozess an und veranlasst das Betriebssystem, zu untersuchen, was als nächstes zu tun ist.</p> Signup and view all the answers

    Ein __________ wird verwendet, um im Linux-Kernel einen Systemcall aufzurufen.

    <p>Software-Interrupt</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Arten von Interrupts den entsprechenden Erzeugern zu:

    <p>Asynchrone Interrupts = Werden von Hardware erzeugt Synchrone Interrupts = Werden vom Prozessor selbst erzeugt</p> Signup and view all the answers

    Welches Register muss gesetzt werden, um den Systemcall getpid auszuführen?

    <p>%eax</p> Signup and view all the answers

    Der Wechsel in den Kernel-Space nennt man Trap.

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

    Welche der folgenden Methoden wird verwendet, um die Prozess-ID (PID) in einem Linux-System zu erhalten?

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

    Wie wird ein Systemcall im Assembler durchgeführt?

    <p>movl 0x27, %eax; int $0x80</p> Signup and view all the answers

    Die Funktion my_getpid_int0x80() verwendet den Systemaufruf per Software-Interrupt.

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

    Welches Element wird durch die Funktion syscall(SYS_getpid) aufgerufen?

    <p>Direkter Systemaufruf</p> Signup and view all the answers

    Die Standard-C-Bibliotheksfunktion zur Abfrage der Prozess-ID ist ___.

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

    Ordne die folgenden Funktionen ihren Beschreibungen zu:

    <p>getpid() = Standardbibliotheksfunktion zur PID-Abfrage syscall(SYS_getpid) = Direkter Systemaufruf zur PID-Abfrage my_getpid_int0x80() = Benutzerdefinierte Funktion mit Interrupt für PID getrdtsc() = Methode zum Auslesen des Time-Stamp Counters</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptziel von Systemcalls?

    <p>Funktionalität des Betriebssystems aufzurufen</p> Signup and view all the answers

    Die Funktion 'clone' wird verwendet, um einen Prozess zu beenden.

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

    Nennen Sie einen Systemcall, der zum Lesen aus einem Dateideskriptor verwendet wird.

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

    Mit dem Tool ______ lassen sich Systemcalls nachverfolgen.

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

    Ordnen Sie die folgenden Systemcalls ihrer Funktion zu:

    <p>open = Öffnen einer Datei read = Lesen aus einem Dateideskriptor gettimeofday = Zeit im vDSO abfragen clone = Repliziert den aufrufenden Prozess</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über Kernel-Space ist korrekt?

    <p>Kernel-Space ist der Speicherbereich für Systemcalls.</p> Signup and view all the answers

    Der Systemcall 'gettimeofday' gibt die aktuelle Zeit zurück.

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

    Wie viele Systemfunktionen bietet Linux (64bit), laut Schätzung?

    <p>über 300</p> Signup and view all the answers

    Welche Instruktion wird verwendet, um einen Software-Interrupt im Intel 80386 auszulösen?

    <p>int $0x80</p> Signup and view all the answers

    Die Instruktion sysenter ist langsamer als der Software-Interrupt int 0x80.

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

    Was muss der Kernel selbst sicherstellen, wenn ein Systemaufruf erfolgt?

    <p>Den Stack-Pointer sichern</p> Signup and view all the answers

    Die neue Instruktion für den 64-bit Modus heißt ____ und ____.

    <p>syscall, sysret</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die folgenden Systeme und ihre speziellen Systemaufrufe zu:

    <p>Intel 80386 = int $0x80 Intel 80586 = sysenter 64-bit Architektur = syscall Allgemeiner Systemaufruf = getpid()</p> Signup and view all the answers

    Welcher Standard-Aktivitätswert wird für die Messung von Systemanrufen in Betracht gezogen?

    <p>Es gibt keinen festen Wert</p> Signup and view all the answers

    Die Funktionalität der Instruktionen wird nicht für Entwickler erklärt.

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

    Warum ist der Interrupt int 0x80 als 'langsam' eingestuft?

    <p>Weil die Verarbeitung länger dauert als bei neueren Instruktionen.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Betriebssysteme (BS): Prozesse und Threads - Systemaufrufe und Interrupts

    • Prozesse und Threads: Das Betriebssystem organisiert die Ausführung von Programmen. Ein Prozess ist ein laufendes Programm mit eigenem Adressraum. Ein Thread ist ein Teilprozess, der innerhalb des Prozesses läuft und sich den Adressraum mit anderen Threads des Prozesses teilt.

    • Systemaufrufe: System Calls bieten Programmen die Möglichkeit, auf die Funktionalität des Betriebssystems zuzugreifen, z.B. zum Lesen/Schreiben von Dateien oder der Netzwerkkommunikation.

    • Kernel-/User-Mode: Programme laufen im User-Mode und haben begrenzten Zugriff auf die Ressourcen des Systems. Der Kernel verwaltet die Ressourcen des Systems und läuft im Kernel-Mode, mit uneingeschränktem Zugriff.

    • Interrupts: Interrupts sind Unterbrechungen, die zum Beispiel von der Hardware (Tastatureingabe) oder Software (Systemaufruf) ausgelöst werden. Das Betriebssystem wird daraufhin unterbrochen und führt eine bestimmte Aktion aus.

    System Calls - Quiz

    • Systemfunktionen: Eine Schätzung zur Anzahl der Systemfunktionen in Linux (64-Bit) und Windows (Win64) wird vom Nutzer erwartet.

    System Calls - Aufruf (Alter Linux-Weg)

    • System Call-Sequenz: Ein Programm muss eine Sequenz von Anweisungen ausführen, um einen System Call zu tätigen.

    • Beispiel: System Call getpid() zur Ermittlung der Prozess-ID (PID) in C und in Assembler.

    • System Call-Nummer: Die Nummer des System Calls (z.B. getpid: 39, Hex: 0x27) wird im EAX-Register gesetzt.

    • Software Interrupt: Die Software-Interrupt int $0x80 wird zum Umschalten vom User- in den Kernel-Space verwendet.

    • Trap: Der Wechsel vom User- in den Kernel-Space wird als Trap (Falle) bezeichnet und "unterbricht" den laufenden Prozess.

    Interrupts

    • Interrupt: Interrupts sind Signale, die das Betriebssystem anhalten und dazu veranlassen, bestimmte Aktionen auszuführen.

    • Asynchrone Interrupts: werden von der Hardware (z.B. Peripheriegeräte) ausgelöst.

    • Synchrone Interrupts: werden vom Prozessor selbst ausgelöst (z.B. Division durch Null).

    System Calls - Priviligierter Kernel Space

    • System Calls: Geben Programmen Zugriff auf Kernel-Funktionen.

    System Calls (Intel Architektur)

    • Software-Interrupt: Die Intel-Architektur bietet eine Anweisung für einen Software-Interrupt, um in den privilegierten Kernel-Mode zu springen.

    • Assembler: Der Assembler-Code für ein System Call.

    System Calls (Intel Architektur) (2/3)

    • Software-Interrupt int 0x80: langsamer; ab Intel 80586: sysenter; für 64-Bit: syscall & sysret.

    • Operation Code: Jede Instruktion hat einen hexadischen Operation Code und Beschreibungen für die verschiedenen Betriebszustände.

    • Stack-Pointer: Der Stack-Pointer wird vom Kernel oder der glibc gesichert.

    Code Beispiel - System Call getpid()

    • Inline Assembler: Der Inline-Assembler wird verwendet, um den rdtsc-Befehl (Read Time-Stamp Counter) aufzurufen, um die Taktfrequenz des Prozessors zu messen und die Programmausführung zu timen.

    Messen von System Calls

    • Ausmessen von System Calls: Die Aufgabe soll anhand von C-Funktionen umgesetzt werden, welche die Ausführungszeit von drei verschiedenen Methoden zum Abrufen der PID messen.

    • Methoden zum Abrufen der PID: getpid(), syscall(SYS_getpid), my_getpid_int0x80().

    • Standard-C-Bibliotheksfunktion (libc): getpid().

    • Direkter Systemaufruf: syscall(SYS_getpid).

    • Benutzerdefinierte Funktion: my_getpid_int0x80() mit dem Software-Interrupt int 0x80.

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    Dieses Quiz behandelt die Grundlagen von Prozessen, Threads, Systemaufrufen und Interrupts in Betriebssystemen. Erlernen Sie, wie Betriebssysteme die Ausführung von Programmen organisieren und welche Rollen Kernel- und User-Mode spielen. Testen Sie Ihr Wissen über die Interaktionen zwischen Hardware und Software.

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