Aufgaben zum Kapitel Speicherverwaltung


Aufgabe 1

Aufgabe
Swapping und Paging

Erläutere den grundlegenden Unterschied zwischen Swapping und Paging!


Aufgabe 2

Aufgabe
Optimale Seitenersetzung

Erläutere die Funktionsweise des optimalen Seitenersetzungsalgorithmus und warum er nicht in der Praxis implementiert werden kann.


Aufgabe 3

Aufgabe
LRU und NRU

Was bedeuten die Abkürzungen LRU und NRU im Hinblick auf Seitenersetzungsalgorithmen?


Aufgabe 4

Aufgabe
Arbeitsweise LRU

Erläutere die Arbeitsweise des LRU-Algorithmus.


Aufgabe 5

Aufgabe
Arbeitsweise NRU

Erläutere die Aufgabe und Funktionsweise der NRU-Seitenersetzungsstrategie.


Aufgabe 6

Aufgabe
Spalten der Seitentabelle bei NRU

Bei dem NRU-Seitenersetzungsalgorithmus besteht die Seitentabelle aus (mindestens) 4 Spalten. Benenne die vier Spalten und erläutere deren jeweilige Aufgabe(n).


Aufgabe 7

Aufgabe
Umstände beim Seitenfehler

Wann tritt ein Seitenfehler (Page fault) auf? Erläutere die Umstände.


Aufgabe 8

Aufgabe
Auslagern bei NRU

Die Speicherverwaltung eines Betriebssystems arbeite nach der NRU-Seitenersetzungsstrategie.

Welchen Spalten der Seitentabelle kommt bei einem Seitenfehler eine besondere Bedeutung zu?

In welcher Weise beeinflussen die möglichen Werte in diesen Spalten die Entscheidung bzgl. der Auswahl einer zum Auslagern geeigneten Seite?


Aufgabe 9

Aufgabe
Virtuelle Speicherverwaltung

31     000     0  
30     000     0  
29     000     0  
28     000     0  
27     000     0  
26     000     0  
25     000     0  
24     000     0  
23     000     0  
22     000     0  
21     000     0  
20     000     0  
19     000     0  
18     000     0  
17     000     0  
16     000     0  
15     000     0  
14     000     0  
13     000     0  
12     000     0  
11     000     0  
10     000     0  
9     000     0  
8     000     0  
7     100     1  
6     000     0  
5     000     0  
4     000     1  
3     111     1  
2     110     1  
1     001     1  
0     010     1  

Gegeben sei die nebenstehende komplette Seitentabelle mit zwei Spalten (ganz links ist lediglich eine Nummerierung der Zeilen).

Eine einzelner Seitenrahmen im physikalischen Adressraum habe eine Größe von 1 KiB (= 1024 Byte).


(a)
Wie groß ist eine einzelne Seite im virtuellen Adressraum?

(b)
Wie viele Seitenrahmen im physikalischen Adressraum gibt es laut Seitentabelle? Woran ist das erkennbar?

(c)
Wie viele Seiten im virtuellen Adressraum gibt es laut Seitentabelle? Woran ist das erkennbar?

(d)
Bezogen auf die Gegebenheiten dieser Aufgabe:
Warum besteht eine virtuelle Adresse aus genau 15 Bit? Erläutere!

(e)
Gegeben sei folgende virtuelle Adresse:   0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1
Ermittle daraus die zugehörige physikalische Adresse!

(f)
Gegeben sei folgende virtuelle Adresse:   0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0
Diese kann mit Hilfe der nebenstehenden Seitentabelle nicht in die zugehörige physikalische Adresse umgerechnet werden.

Warum nicht?

Erläutere stichpunktartig den weiteren Ablauf auf dem System bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Umrechnung endlich klappt!


Aufgabe 10

Aufgabe
Speicher und Seitentabellen

Ein Computersystem besitze 2 GiB RAM (physikalischer Speicher). Das Betriebssystem billigt jedem Prozess 4 GiB virtuellen Speicher zu. Derzeit existieren insgesamt 10 Prozesse, die vom Betriebssystem verwaltet werden. Ein Seitenrahmen habe eine Größe von 16 KiB.

  • Wieviele Seitentabellen werden in der beschriebenen Situation aktuell vom Betriebssystem verwaltet?

  • Um welchen Faktor größer ist der in der beschriebenen Situation insgesamt vom Betriebssystem zugeteilte virtuelle Speicher gegenüber dem physisch im Computersystem eingebauten RAM?