Interrupts und Exceptions in der Hardware
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Questions and Answers

Was wird typischerweise mit dem Befehl 'malloc(1024)' im Code erreicht?

  • 1024 Byte an dynamischem Speicher wird reserviert. (correct)
  • Der Textsegment-Speicher wird zugewiesen.
  • Ein statischer Speicherbereich wird erstellt.
  • Der CPU-Ressourcenverbrauch wird erhöht.

    • Welche Rolle spielt das Betriebssystem in Bezug auf Hardware-Abstraktion?

  • Es verwaltet nur die CPU-Ressourcen.
  • Es bietet eine grafische Benutzeroberfläche ohne Hardware-Abstraktion.
  • Es virtualisiert die Hardware und stellt Ressourcen für Prozesse bereit. (correct)
  • Es ist nicht an der Zuweisung von Speicher beteiligt.

    • Was beschreibt den minimalen Aufbau eines Prozesses?

  • Ein Prozess kann keine Ressourcen vom Betriebssystem anfordern.
  • Prozesse benötigen kein spezielles Betriebssystem.
  • Ein Prozess hat mindestens einen Thread. (correct)
  • Ein Prozess besteht aus mehreren Threads und Programmen.

    • Was passiert, wenn ein Prozess gestartet wird?

    <p>Der Speicher wird für den Prozess und seine Segmente zugewiesen.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Ressourcen wird nicht für einen Thread zugeteilt?

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

    Welches dieser Konzepte beschreibt die Zuweisung von Hardware-Ressourcen an Programme?

    <p>Hardware-Abstraktion</p> Signup and view all the answers

    Wofür steht die Abkürzung 'argc' im Kontext der Main-Funktion in C?

    <p>Die Anzahl der Argumente, die dem Programm übergeben werden.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element ist nicht Teil des minimalen Speicheraufbaus eines Prozesses?

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

    Was versteht man unter einem Prozess?

    <p>Ein Programm im Speicher, das ausgeführt wird</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt den Unterschied zwischen User- und Kernel-Mode?

    <p>Der Kernel-Mode erlaubt vollumfängliche Kontrolle über das System.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Interrupt?

    <p>Ein Signal des Betriebssystems, das eine sofortige Bearbeitung erfordert</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Ausnahme (Exception) in Bezug auf Interrupts?

    <p>Ein Fehler, der während der Ausführung eines Programms auftritt.</p> Signup and view all the answers

    Wie werden Systemaufrufe realisiert?

    <p>Durch einen Wechsel vom User-Mode in den Kernel-Mode</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über Threads ist korrekt?

    <p>Ein Prozess kann mehrere Threads besitzen, die Ressourcen teilen.</p> Signup and view all the answers

    Wie kann ein Betriebssystem mit Hardware kommunizieren?

    <p>Durch Polling und Interrupts.</p> Signup and view all the answers

    Wie viele Hardware-Interruptquellen kann ein moderner x86-64 Prozessor unterscheiden?

    <p>Mehr als 100</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht ein Shell Script?

    <p>Die Automatisierung von wiederholbaren Befehlen in einer Textdatei</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Konzepte ist kein Bestandteil der Systemaufrufe?

    <p>Dummy-Operationen im User-Mode</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht es, die seit Systemstart ausgeführten Interrupts einzusehen?

    <p>Die Nutzung des Befehls /proc/interrupts.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt der Begriff 'Traps' in Bezug auf Interrupts?

    <p>Fehler, die zur Unterbrechung der Programmausführung führen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptvorteil von Shell Scripting?

    <p>Es vereinfacht die Ausführung und Automatisierung wiederholbarer Aufgaben.</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Unterbrechung erfolgt nach der Ausführung eines Programms?

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

    Welche Option beschreibt am besten die Funktion von Hardware-Interrupts?

    <p>Sie unterbrechen die CPU, wenn ein bestimmtes Ereignis eintritt.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Unterscheidung zwischen Interrupts und Exceptions von Intel unterstützt?

    <p>Durch eine Dokumentation in ihrem Handbuch.</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion hat die Software-Interrupt-Anweisung 'int $0x80' im Intel 80386?

    <p>Sie leitet einen Wechsel in den Kernel-Space ein.</p> Signup and view all the answers

    Warum wird die 'int 0x80' Anweisung als 'langsam' eingestuft?

    <p>Weil sie den Stack-Pointer nicht sichert.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Instruktionen wurde für den 64-Bit Modus eingeführt?

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

    Welche Aussage über die Instruktion 'sysenter' ist korrekt?

    <p>Sie ermöglicht einen schnellen Wechsel in den Kernel-Modus.</p> Signup and view all the answers

    Was muss der Kernel im Prozess der jeweiligen Systemaufrufe selbst erledigen?

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

    Welche Art von Code ist mit der 'movl 0x27, %eax' Anweisung verbunden?

    <p>Assembler-Code.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Rolle eines Interrupts im Betriebssystem?

    <p>Er ermöglicht die Interaktion zwischen Hardware und Software.</p> Signup and view all the answers

    Welches Prozessormodell führte die 'syscall' und 'sysret' Instruktionen ein?

    <p>Intel 64-Bit Modus</p> Signup and view all the answers

    Welches Register wird vom Betriebssystem bereitgestellt und hat das Current Privilege Level auf Null gesetzt?

    <p>Code Segment Register</p> Signup and view all the answers

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

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

    Was muss in dem C-Programm implementiert werden, um die Ausführungszeit der Systemaufrufe zu messen?

    <p>ein Timer und Timing-Funktionen</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion nutzt den Software-Interrupt int 0x80, um den Systemaufruf durchzuführen?

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

    Was ist die Hauptaufgabe des C-Programms, das zur Messung der Systemaufruf-Dauer entwickelt werden soll?

    <p>Die Ausführungszeit von drei Methoden zu vergleichen</p> Signup and view all the answers

    Welche Header-Direktive ist notwendig, um die Funktionen im C-Programm bekannt zu machen?

    <p>#include &lt;stdio.h&gt;</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften ist falsch im Bezug auf Systemaufrufe?

    <p>Systemaufrufe können jederzeit vom Benutzer abgerufen werden.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Zweck des Global Descriptor Tables (GDT) in Bezug auf das Code Segment Register?

    <p>Es definiert die Speicheradressen für das laufende Programm.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Interrupts und Exceptions

    • Die Unterscheidung zwischen Interrupts und Exceptions ist wichtig: Interrupts sind Unterbrechungen, die von der Hardware ausgelöst werden, während Exceptions von der CPU selbst ausgelöst werden.
    • Intel unterscheidet zwischen verschiedenen Arten von Interrupts: Faults treten vor der Ausführung einer Instruction auf, z.B. ein PageFault, während Traps nach der Ausführung einer Instruction eintreten, z.B. eine Division durch Null.
    • Die Intel-Dokumentation zum Thema Interrupts und Exceptions (Intel 64 und IA-32 Architectures Software Developer's Manual, Kapitel 6.4, Seite 147) liefert weitere Informationen zu diesem Thema.

    Hardware-Interrupts

    • Das Betriebssystem kann auf zwei Arten mit Hardware kommunizieren: Polling, bei dem das Betriebssystem die Hardware periodisch nach neuen Daten abfragt, oder Interrupts, bei denen die Hardware die CPU unterbricht.
    • Ein moderner x86-64 Prozessor kann über 100 verschiedene Hardware-Interruptquellen unterscheiden.

    Interrupts unter Linux

    • Die Liste aller seit Systemstart ausgeführten Interrupts kann in der Datei /proc/interrupts eingesehen werden, die vom Kernel-Modul kernel/irq/proc.c verwaltet wird.
    • Die Datei proc/interrupts zeigt, welche CPUs (Cores) welche und wie viele Interrupts verarbeitet haben.

    Betriebssysteme: Prozesse und Threads - System Calls und Interrupts

    • Betriebssysteme abstrahieren von der Hardware und virtualisieren Ressourcen wie CPU, Speicher, Tastatur usw.
    • Jedes Programm besteht aus mindestens einem Prozess, der wiederum aus mindestens einem Thread (Ausführungspfad) besteht.
    • Jeder Thread erhält vom Betriebssystem Ressourcen zugeteilt, um seine Aufgaben zu erledigen.

    System Calls

    • System Calls ermöglichen es Anwendungsprogrammen, auf die Ressourcen des Betriebssystems zuzugreifen.
    • Der Intel 80386 Prozessor stellt die Instruktion int 0x80 zur Verfügung, um einen Software-Interrupt auszulösen und in den privilegierten Kernel-Modus zu wechseln.
    • Die Assembler-Instruktion movl 0x27, %eax stellt den System-Call-Code für getpid() bereit.

    System Calls (Intel Architektur)

    • Die schnellere Instruktion sysenter wurde ab dem Intel 80586 Prozessor eingeführt.
    • Für den 64-Bit Modus stehen die Instruktionen syscall und sysret zur Verfügung, die die System-Call-Funktionalität verbessern und effizienter gestalten.

    System Calls (Intel Architektur)

    • Die Intel-Dokumentation erläutert detailliert die Funktionsweise von System Calls, einschließlich der Code-Segment- und Stack-Segment-Register-Initialisierung im privilegierten Kernel-Modus.

    System Calls - Beispiel: getpid()

    • Ein einfaches C-Programm kann den System-Call getpid() nutzen, um die Prozess-ID (PID) des laufenden Programms zu erhalten.
    • Mit dem strace Befehl kann man die System-Calls verfolgen, die ein Programm ausführt.
    • Die strace Ausgabe zeigt den System-Call getpid() und den Rückgabewert, der die PID des Programms angibt.

    Messen von System Calls

    • Um die Ausführungszeit von System Calls zu messen, kann man ein C-Programm schreiben, das getpid(), syscall(SYS_getpid) und my_getpid_int0x80() nutzt.
    • Diese Funktionen führen den System-Call getpid() mit unterschiedlichen Methoden aus und messen die benötigte Zeit.
    • Das Programm vergleicht die Ausführungszeiten der drei Methoden und zeigt die Ergebnisse an.

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    In diesem Quiz werden die Unterschiede zwischen Interrupts und Exceptions sowie deren Bedeutung in der Hardware behandelt. Die Konzepte werden anhand von Beispielen aus der Intel-Dokumentation erläutert. Testen Sie Ihr Wissen über die verschiedenen Faktoren, die bei der Arbeit mit Hardware-Interrupts eine Rolle spielen.

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