Betriebssysteme: Synchronisation & Kommunikation

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Questions and Answers

Welche der folgenden IPC-Arten ist auf allen Betriebssystemen verfügbar?

Signals

Sockets (correct)

Message Queues

Named Pipe

Was ist ein Beispiel für ein Problem, das durch Race Conditions verursacht werden kann?

Ein Prozess wartet auf eine Nachricht von einem anderen Prozess.

Ein Prozess greift auf einen gemeinsamen Speicher zu.

Zwei Prozesse möchten gleichzeitig die gleiche Datei drucken. (correct)

Ein Prozess sendet Daten über eine Netzwerkverbindung.

Wozu dienen Mutexe in der Interprozesskommunikation?

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit von Prozessen.

Zur Synchronisation und zum gegenseitigen Ausschluss. (correct)

Zur Überwachung von Netzwerkverbindungen.

Zur Speicherung von Daten zwischen Prozessen.

Was beschreibt eine Race Condition am besten?

Ein nicht-deterministischer Fehler, der je nach Scheduling auftritt. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Methoden gehört nicht zu den POSIX-kompatiblen IPC-Techniken?

Message Passing Signup and view all the answers

Welches Problem kann durch gleichzeitigen Zugriff auf eine gemeinsame Ressource entstehen?

Dateninkonsistenzen. Signup and view all the answers

Welche der folgenden IPC-Methoden wird speziell zur Kommunikation zwischen Prozessen verwendet?

Message Queues Signup and view all the answers

Welches der folgenden Zeichen beschreibt nicht, dass die Synchronisation zwischen Kommunikationspartnern wichtig ist?

Um die Ressourcennutzung zu maximieren. Signup and view all the answers

Welche Schicht des ISO/OSI-Modells wird als erste Schicht bezeichnet?

Bitübertragung (Physical Layer) Signup and view all the answers

Was ist ein Protokoll in der Netzwerktechnik?

Eine exakte Vereinbarung für den Datenaustausch Signup and view all the answers

In welcher Schicht des ISO/OSI-Modells findet die Datenübertragung zwischen verschiedenen Netzen statt?

Network (Vermittlung) Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Schichten des ISO/OSI-Modells ist wahr?

Die Kommunikation erfolgt nur zwischen benachbarten Schichten. Signup and view all the answers

Welches dieser Beispiele zeigt eine korrekte Schicht des ISO/OSI-Modells?

Sitzung (Session) Signup and view all the answers

Welche der folgenden IPC-Möglichkeiten sind für den Datenaustausch relevant?

Pipes Signup and view all the answers

Was beschreibt die Funktion der Schicht 3 im ISO/OSI-7-Schichtenmodell?

Wahl des Pfades und logische Adressierung Signup and view all the answers

Welche Aussage trifft auf die Anwendungsschicht (Schicht 7) zu?

Sie verarbeitet die Netzwerkanwendungen. Signup and view all the answers

Was versteht man unter dem Begriff 'Interprozesskommunikation' (IPC)?

Der direkte Austausch von Daten zwischen Prozessen. Signup and view all the answers

Was ist die Aufgabenstellung der Sitzungsschicht (Schicht 5) im ISO/OSI-Modell?

Verwaltung und Aufrechterhaltung von Server-Client-Sitzungen. Signup and view all the answers

In welchem Jahr wurde der ASCII Standard entwickelt?

1980 Signup and view all the answers

Wie könnte man die Bandbreite eines Fahrradkurierdienstes zur Datenübertragung interpretieren?

Als effizienteste Methode zur Datenübertragung zwischen zwei Standorten. Signup and view all the answers

Was wird unter der Darstellungsschicht (Schicht 6) im ISO/OSI-Modell verstanden?

Datenrepräsentation und -verschlüsselung. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Bandbreite in der Kommunikation?

Die Anzahl der Daten, die pro Sekunde übertragen werden können. Signup and view all the answers

Was wird als Latenzzeit in der Kommunikation bezeichnet?

Die Zeit, die benötigt wird, damit der Sender von der erfolgreichen Datenübertragung erfährt. Signup and view all the answers

Welches Element gehört nicht zu den Eigenschaften der Kommunikation?

Datenkompression Signup and view all the answers

Was beschreibt die 'Message Rate' in der Kommunikationsbewertung?

Die Anzahl der Pakete, die pro Sekunde eingespeist werden können. Signup and view all the answers

Was ist keine Art der Verbindung in der Kommunikation?

Datenverbindung Signup and view all the answers

Was bedeutet 'reihenfolge nicht garantiert' in einer Kommunikationsverbindung?

Die Daten können in einer beliebigen Reihenfolge empfangen werden. Signup and view all the answers

Welche Technik wird zur Vermeidung von Überlast innerhalb von Kommunikationsnetzwerken eingesetzt?

Kontrollfluss-Steuerung Signup and view all the answers

Was beschreibt die Prüfnummer in der Kommunikation?

Die Korrektheit der übertragenen Daten. Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion eines Semaphors?

Die Verwaltung des Zugriffs auf gemeinsame Ressourcen Signup and view all the answers

Was beschreibt die 'Busy waiting'-Methode in Bezug auf Spinlocks?

Die CPU versucht fortlaufend, den Lock zu erhalten Signup and view all the answers

Wie lange sollte der kritische Bereich in einem Programm idealerweise gehalten werden?

So kurz wie möglich, um Ressourcen freizugeben Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptmerkmal von Monitoren in der Synchronisation?

Sie kombinieren Daten und Mutex in einem Objekt Signup and view all the answers

Was ermöglicht der Read-/Write Mutex?

Gleichzeitige Lesezugriffe durch mehrere Prozesse Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck von Sperrsynchronisation?

Den Zugriff auf kritische Bereiche zu steuern Signup and view all the answers

Welches Problem kann bei der Reihenfolgensynchronisation auftreten?

Blockierung einer vordefinierten Task Signup and view all the answers

Welches der folgenden Elemente ist keine Sperre für die Implementierung von Synchronisation?

Heap-Speicher Signup and view all the answers

Welche Operationen sind beim Semaphore-Mechanismus entscheidend?

P und V Signup and view all the answers

Was ist das Ziel von atomischen Operationen in der Programmierung?

Operationen ohne Unterbrechungen durchzuführen Signup and view all the answers

Study Notes

Überblick über Synchronisation & Kommunikation

Wichtigste Komponente in Datenverarbeitungssystemen ist der Datenaustausch.
Standardisierung wie ASCII und ANSI X3.26 erleichtert den Austausch.
Historie geht zurück auf die Hollerith Lochkarte der 1930er Jahre und die Gründung von IBM.

Kommunikationsmethoden

Datenaustausch erfolgt über Dateien, Netzwerke oder gemeinsamen Speicher.
Bandbreite eines Fahrradkurier mit Festplatten darf nicht unterschätzt werden.

ISO/OSI-7-Schichtenmodell

Sieben Schichten definieren Netzwerkkommunikation:
- Anwendung (Application): Verarbeitung der Netzwerkanwendungen.
- Darstellung (Representation): Datenrepräsentation und Verschlüsselung.
- Sitzung (Session): Verwaltung der Sessions zwischen Anwendungen.
- Transport (Transport): Gewährleistung von End-to-End-Verbindungen und Zuverlässigkeit.
- Vermittlung (Network): Pfadauswahl und logische Adressierung.
- Sicherung (Data Link): Physikalische Adressierung.
- Bitübertragung (Physical Layer): Signalverarbeitung.
Das Modell ist auch nach der Einführung von DARPAnet hilfreich.

Kommunikationsprotokolle

Protokolle regeln den Daten-Austausch zwischen verbundenen Systemen.
Unterschiede in verbindungsorientierter und verbindungsloser Kommunikation, Punkt-zu-Punkt sowie Mehrpunktverbindungen.

Evaluierung von Kommunikation

Wichtige Evaluationseigenschaften:
- Bandbreite: Übertragungsmenge pro Sekunde (z.B. GB/s).
- Latenzzeit: Verzögerung bis zur Datenübertragung.
- Message Rate: Anzahl der Pakete pro Sekunde.

Interprozesskommunikation (IPC)

IPC-Methoden sind auf Betriebssystemen verfügbar:
- Datei: Auf allen Betriebssystemen verfügbar.
- Signale, Sockets, Message Queues, Pipes und Semaphoren sind auch weit verbreitet.
- Besonderheiten wie Named Pipes, Memory-Mapping und Message Passing durch MPI sind ebenfalls relevant.

Synchronisation in der IPC

Kritische Bereiche müssen vor gleichzeitigen Zugriffen geschützt werden, um Inkonsistenzen zu vermeiden.
Es werden Mutexe, Semaphore oder Locks verwendet, um den gegenseitigen Ausschluss zu gewährleisten.

Implementierung der Synchronisation

Semaphore: Erfindung von Dijkstra, speichert Zustand durch Zählvariablen.
Monitore: Bündelung von Daten und Mutex, definiert von C.A.R. Hoare.
Mutex und Spinlocks: Für parallele Zugriffe auf Daten.
Atomic Operations: Hardwareunterstützte Instruktionen für atomare Operationen.

Synchronisationstechniken

Sperrsynchronisation: Kritischer Bereich sollte möglichst kurz gehalten werden.
Reihenfolgensynchronisation: Erfordert eine komplexere Implementierung; Tasks warten aufeinander.

Praktische Beispiele

Beispiel „Printer Spooler“ veranschaulicht Race Conditions, die durch gleichzeitige Zugriffe entstehen können.
Konzepte wie kritische Bereiche, Mutex und Semaphore sind erforderlich, um Datenintegrität zu gewährleisten.

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Description

Dieses Quiz behandelt die Konzepte der Synchronisation und Kommunikation in Betriebssystemen. Es deckt verschiedene IPC (Inter-Process Communication) Möglichkeiten wie Signals, Sockets und Pipes ab und hilft, das ISO/OSI-7 Schichtenmodell zu verstehen. Testen Sie Ihr Wissen über den Datenaustausch und die IPC-Verfahren.