Compiler und Prozesse im Betriebssystem

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Questions and Answers

Was ist die Rolle eines Compilers im Programmprozess?

Er führt Programme aus und zeigt die Ergebnisse an.
Er speichert die Programme im Dateisystem.
Er optimiert den Speicherverbrauch der Programme.
Er übersetzt eine Programmiersprache in maschinenlesbare Code. (correct)

Welche der folgenden Optionen ist ein Befehl zum Erstellen einer ausführbaren Datei mit GCC?

gcc -build app.c -output app
gcc -Wall -O2 -o app app.c (correct)
gcc -exec app.c -o app
gcc -create app.c -o app

Was beschreibt die Funktion 'myfunc' in Bezug auf die Variable 'mama'?

Sie gibt den Wert von 'mama' ohne Veränderung zurück.
Sie löscht die Variable 'mama' nach dem Funktionsaufruf.
Sie verändert den Wert von 'mama' innerhalb eines Funktionsaufrufs. (correct)
Sie initialisiert die Variable 'mama' mit einem neuen Wert.

Was ist eine der Voraussetzungen, um Inhalte in einer Datei zu speichern?

Funktionen, Bedingungen und Schleifenkonstrukte sind erforderlich. (C) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über den GCC-Prozess ist falsch?

GCC übersetzt C-Code in die Programmiersprache Python. (A) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Segmente gehört normalerweise nicht zu einem Programm in C?

Ausführungssegment (B) Signup and view all the answers

Welcher Befehl präprozessiert den C-Code bevor er übersetzt wird?

gcc -E app.c (B) Signup and view all the answers

Was geschieht als nächstes, nachdem der GCC die Quellcodedatei in einen Maschinenassembler übersetzt hat?

Der Linker verbindet die Objektdateien mit den Bibliotheken. (D) Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen User-Space und Kernel-Space?

Kernel-Space wird vom Betriebssystem genutzt, während User-Space für Anwendungen reserviert ist. (D) Signup and view all the answers

Wie wird der Schutz zwischen Prozessen und dem Kernel erreicht?

Durch privilegierte Instruktionen der CPU. (D) Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Prozess im User-Space einen Kernzugriff benötigt?

Ein Systemaufruf wird ausgeführt, um den Zugriff anzufordern. (C) Signup and view all the answers

Warum laufen Prozesse unabhängig voneinander?

Weil sie im User-Space und nicht im Kernel-Space agieren. (B) Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt die CPU im Zusammenhang mit Prozessen?

Die CPU bietet Unterstützung für privilegierte Instruktionen. (A) Signup and view all the answers

Was versteht man unter einem Systemaufruf?

Eine Möglichkeit für Programme, mit dem Betriebssystem zu kommunizieren. (C) Signup and view all the answers

Welche Aussage über den Schutz zwischen Prozessen ist falsch?

Prozesse können problemlos auf die Daten anderer Prozesse zugreifen. (D) Signup and view all the answers

Welches Element hat keinen direkten Einfluss auf die Prozessausführung im User-Space?

Der Chipsatz des Mainboards. (B) Signup and view all the answers

Welcher Schritt erfolgt unmittelbar nach dem Empfangen eines Interrupts durch ein Gerät?

Der Mikroprozessor wird unterbrochen (A) Signup and view all the answers

Warum werden Interrupts maskiert?

Um eine Rekursion bei Interrupts zu verhindern (C) Signup and view all the answers

Was passiert mit der Anwendung, während eine Interrupt Service Routine (ISR) ausgeführt wird?

Die Anwendung bemerkt nichts von der Unterbrechung (C) Signup and view all the answers

Welches dieser Interrupts ist nicht maskierbar?

Speicherfehler (ECC) (B) Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft kann Interrupts besitzen?

Sie können priorisiert werden (A) Signup and view all the answers

Was sollte bezüglich der Ausführungszeit von Interrupt Service Routinen beachtet werden?

Sie sollten so schnell wie möglich beendet sein (D) Signup and view all the answers

Was geschieht periodisch mit dem Betriebssystem-internen Puffer?

Er muss kopiert werden (D) Signup and view all the answers

Welche Aussage über einen Hardware-Interrupt ist korrekt?

Interrupts können den normalen Ablauf der Anwendung stören (C) Signup and view all the answers

Welches der folgenden Elemente gehört zu den Systemaufrufen in der Intel-Architektur?

sysenter (A), int $0x80 (C) Signup and view all the answers

Was ist eine der Hauptfunktionen des Software-Interrupts int 0x80?

Sprung in den Kernel-Space (A) Signup and view all the answers

Welches Problem wird mit der Einführung der Instruktion sysenter adressiert?

Langsame Ausführung des Soft-Interrupts (A) Signup and view all the answers

Welche Aussage zu den Systemaufrufen im 64-Bit-Modus ist korrekt?

Die Instruktionen syscall und sysret sind spezifisch für den 64-Bit-Modus. (C) Signup and view all the answers

Was muss der Kernel selbst erledigen, wenn ein Systemaufruf gemacht wird?

Den Stack-Pointer sichern. (B) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über die Intel-Architektur ist falsch?

int 0x80 ist schneller als sysenter. (C) Signup and view all the answers

Was ist eine wichtige Eigenschaft der Instruktion sysenter?

Sie wurde zur Verbesserung der Geschwindigkeit eingeführt. (A) Signup and view all the answers

Wie wird der Abschied vom Kernel-Space im Zusammenhang mit syscall genannt?

sysreturn (D) Signup and view all the answers

Was ist das Current Privilege Level (CPL), das beim Initialisieren des Register Sets gesetzt wird?

Null (D) Signup and view all the answers

Welche Funktion gehört zur Standard-C-Bibliothek, um die Prozess-ID abzurufen?

getpid() (B) Signup and view all the answers

Welche Methode verwendet den Software-Interrupt int 0x80 zur Durchführung des Systemaufrufs?

my_getpid_int0x80() (A) Signup and view all the answers

Worauf sollte man beim Messen der Ausführungszeit eines Systemaufrufs achten?

Die verwendete Hardware (C) Signup and view all the answers

Welches Code-Segment wird parallel zu CS beim Initialisieren gesetzt?

Stack Segment Register (B) Signup and view all the answers

Welche Methode hat erfahrungsgemäß die niedrigste Ausführungszeit beim Abrufen der PID?

getpid() (C) Signup and view all the answers

Warum ist die direkte Nutzung von syscall(SYS_getpid) vorteilhaft?

Sie ermöglicht direkten Zugriff auf Systemaufrufe. (C) Signup and view all the answers

Was ist das Ziel beim Ausmessen der Ausführungszeit von Systemcalls?

Die beste Methode zur Prozess-ID-Abruf auszuwählen. (C) Signup and view all the answers

Study Notes

Compiler

Ein Compiler übersetzt ein Programm von einer von Menschen lesbaren Programmiersprache in die Binärrepräsentation der Zielarchitektur.
Der Compiler benutzt im Prozess C-Präprozessor, Compiler, Assembler und Linker.
Der Compiler generiert Objektdaten und bindet diese mit Bibliotheken zu einer ausführbaren Datei.

Prozesse

Prozesse sind unabhängige Programme, die im User-Space laufen.
Das Betriebssystem läuft im Kernel-Space.
Diese Trennung erlaubt Schutz zwischen Prozessen und dem Kernel durch "privilegierte Instruktionen".

Systemcalls

Ein Systemcall ist ein Mechanismus, durch den ein User-Programm auf Kernel-Funktionen zugreifen kann.
Der Prozess wird durch die CPU-Architektur und das Betriebssystem unterstützt.

Hardware-Interrupts

Ein Hardware-Interrupt erfolgt, wenn ein Gerät (z.B. Festplatte) durch ein Signal die CPU unterbricht.
Die CPU führt dann eine Interrupt Service Routine (ISR) aus.
Die ISR behandelt den Interrupt und liest Daten auf der Festplatte in einen Puffer.
Das Betriebssystem führt dann die Anwendung weiter aus.
Der Puffer wird periodisch kopiert und die Anwendung kann auf die Daten zugreifen.

Besonderheiten von Hardware-Interrupts

ISRs werden von dem Betriebssystem abgearbeitet.
Es können mehrere Interrupts gleichzeitig vorkommen, daher kann das Betriebssystem mit Interrupts "maskieren", um Prioritäten zu setzen.
Interrupts haben oft Prioritäten, sodass höherpriorisierte andere ISRs unterbrechen können.

Systemcalls (Intel Architektur)

Der Intel 80386 bietet eine Instruction für einen Software-Interrupt zum Sprung in den Kernel-Space.
Der Soft-Interrupt „int 0x80“ ist langsam, daher gibt es die schnellere Instruktion „sysenter“.
Für den 64-bit Modus gibt es die Instruktionen „syscall“ und „sysret“.

Code-Beispiel: Messung von SystemCalls

Der Sourcecode ist auf https://gitlab.hs-esslingen.de/dgrewe/betriebssysteme zu finden.
Es werden verschiedene Methoden zum Abrufen der Prozess-ID (PID) verglichen:
- getpid(): Eine Standard-C-Bibliotheksfunktion (libc)
- syscall(SYS_getpid): Ein direkter Systemaufruf mit der Syscall-Funktion.
- my_getpid_int0x80(): Eine benutzerdefinierte Funktion die den Software-Interrupt int 0x80 verwendet.

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Description

In diesem Quiz geht es um die wesentlichen Konzepte von Compilern, Prozessen und Systemaufrufen. Du wirst dein Wissen über die Übersetzung von Programmiersprachen und die Interaktion zwischen Software und Hardware testen. Außerdem werden die Grundlagen von Hardware-Interrupts und deren Bedeutung für die CPU behandelt.