SISTEMI OPERATIVI E LABORATORIO (Indirizzo Sistemi e Reti) 21 luglio 2005 ESERCIZI RELATIVI ALLA PARTE DI LABORATORIO UNIX

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1 SISTEMI OPERATIVI E LABORATORIO (Indirizzo Sistemi e Reti) 21 luglio 2005 Cognome: Nome: Matricola: Scelgo di svolgere: [ ] la parte relativa alla teoria. [ ] la parte relativa al laboratorio UNIX Ricordate che non potete usare calcolatrici o appunti. Siate sintetici nelle vostre risposte, anche quando è richiesto di motivarle, sono sufficienti poche righe per rispondere correttamente. ESERCIZI RELATIVI ALLA PARTE DI LABORATORIO UNIX ESERCIZIO 1 (9 punti) a) nello scheletro di programma C riportato qui sotto, è già disponibile una funzione salva_e_termina(). Scrivete un programma C che si comporta come segue: un processo padre si forka producendo due figli. Ciascun figlio esegue del codice non ulteriormente specificato che chiamerete rispettivamente codice_figlio_1 e codice_figlio_2. Il padre si mette in attesa della terminazione di uno qualsiasi dei figli, e quando ciò accade il padre chiede all altro figlio (che assumeremo quindi non essere ancora terminato) di eseguire la funzione salvae_termina(). Il padre attende poi la terminazione di questo secondo figlio e infine termina egli stesso. Suggerimento: Avete molto spazio a disposizione nella pagina successiva, ma il programma che dovete scrivere occupa molto meno spazio #include <stdio.h> #include <signal.h> #include<sys/types.h> #include<sys/wait.h> salva_e_termina() { FILE *fp; fp = fopen( logfile, w ); /* codice non specificato per salvare in logfile i dati elaborati*/ fclose(fp); exit(0); } main() { 1

2 signal(sigusr1,salva_e_termina); int p1, p2, p; p1 = fork(); if ( p1 == 0) { codice_figlio_1 exit(0); }; p2= fork(); if ( p2 == 0) { codice_figlio_2 exit(0); }; p = wait(0); if (p == p1) kill(p2,sigusr1); else kill(p1,sigusr1); wait(0); } b) Sia myprog il nome dell eseguibile che avete descritto al punto a). Lanciando il comando ls l si ottiene il seguente output: PERMISSIONS LINKS OWNER SIZE FILENAME -rwxr-xr-x 1 charly 5620 myprog -rwx charly 1500 logfile Il programma myprog può essere usato da altri utenti (assumiamo per semplicità che sappiano in quale cartella si trova e che questa cartella sia accessibile e scrivibile da tutti) e funzionare correttamente (motivate la vostra risposta)? No, perché l eseguibile tenta di modificare un file (logfile) scrivibile solo dal suo possessore. Se myprog viene lanciato da un utente diverso da charly, la fopen( logfile, w ); darà errore (l effective user id di myprog è diverso dal real user id di logfile) c) Se avete risposto no alla precedente domanda cosa si potrebbe fare per permettere a myprog di funzionare correttamente anche se lanciato da utenti diversi dal possessore dell eseguibile (ma senza modificare le protezioni di logfile)? Se avete risposto si alla domanda precedente, rendete logfile modificabile da chiunque (assumete che la current working directory sia quella che contiene logfile). (no) chmod +s myprog (si) chmod go+w logfile d) Dite quali sono i diversi comportamenti che può assumere un processo alla ricezione di un segnale. Terminare, ignorare il segnale, eseguire una procedura di gestione del segnale. 2

3 ESERCIZIO 2 (9 punti) Nella cartella /bin è presente un file di nome myprog, mentre la current working directory è /bin/subdir. Indicate il/i comandi unix necessari a compiere le seguenti operazioni (nel rispondere ad ogni domanda, assumete che siano stati correttamente eseguiti i comandi relativi alle domande precedenti): a) rimanendo posizionati nella current working directory (/bin/subdir), copiate myprog in /usr/programs (cartella che assumiamo già esistente e scrivibile da tutti) usando SOLO pathanme relativi: cp../myprog../../usr/programs. b) Spostatevi nella cartella / e all interno della cartella /usr/programs create la sottocartella mydir: cd /; mkdir usr/programs/mydir c) Spostatevi nella cartella mydir appena creata (che diventa la nuova current directory), e rendete mydir leggibile, scrivibile ed eseguibile dal possessore della cartella stessa. Togliete tutti i permessi agli altri utenti del sistema: cd usr/programs/mydir; chmod u+rwx.; chmod go-rwx. d) Spostate la copia di myprog da /usr/programs a mydir, usando SOLO pathname relativi: mv../myprog. e) Supponete che myprog sia l eseguibile di un programma C, che ora mandate in esecuzione da linea di comando così: myprog 45 pippo (le doppie virgolette non sono ovviamente parte del comando scritto al terminale). Quali valori assumono le variabili globali di myprog argc e argv? argc = 3; argv[0] = myprog, argv[1] = 45, argv[2] = pippo f) Indicate la sequenza di comandi necessaria per sospendere l esecuzione di myprog, e poi riavviarlo dal punto in cui è stato sospeso, ma in background: CTRL-Z seguito da bg g) Volete sapere quante istanze di myprog sono attualmente in esecuzione nell intero sistema. Quale comando/combinazione di comandi Unix potete dare? ps agx grep myprog wc l h) Volete uccidere il processo myprog lanciato da voi, essendo sicuri che il processo stesso terminerà, indipendentemente dal fatto che il processo abbia eseguito eventuali signal per gestire la ricezione di segnali di terminazione. Quale comando potete dare se conoscete il PID del processo? (usate appunto PID nella vostra risposta): kill 9 PID. E se invece non è noto il PID del processo (assumete di essere sempre collegati al terminale dal quale avete lanciato myprog)?: Il processo sta girando in background (risposta alla domanda f), per cui kill 9 %1 i) Cosa vuole effettivamente dire che una directory Unix ha/non ha il permesso di eseguibilità (il carattere x nella notazione Unix): Che è non è attraversabile ESERCIZIO 3 (9 punti) a) In un generico sistema unix, è possibile che un file abbia il link counter a 0 e il reference counter maggiore di 0? E il viceversa? (motivate le vostre risposte). 3

4 No, perché un file il cui link counter vada a 0 viene rimosso. Si, un qualsiasi file non in uso ha il reference counter a 0 (e ovviamente il link counter > di zero). b) Che cosa ci dice, in generale, il valore del link counter di una directory (ad esempio, cosa deduciamo dal fatto che il link counter vale N)? Quante sottodirectory contiene (se il link counter vale N, la directory contiene N sottodirectory). c) Supponete che in una cartella newdir venga creato un file pippo. Cosa accade del link counter di newdir (considerate i due casi possibili)? Il link counter di newdir viene incrementato di 1 se pippo è una cartella, nulla altrimenti. d) Una cartella dir contiene un file pluto. Cosa accade nel sistema se viene dato il comando rm pluto? Cosa accade della dimensione del file cartella dir? Il campo i-node della entry della cartella dir che contiene pluto viene messo a 0, e il link counter dell i-node che era associato a pluto viene decrementato di 1. Se ora il link counter vale 0, il file viene rimosso dal sistema. Non cambia. e) Viene dato il comando rm myfile, dove myfile è un file regolare di dimensione maggiore di 0. E possibile che lo spazio disponibile su disco non aumenti, nonostante il comando dato (motivate la vostra risposta)? Si, se l i-node di myfile aveva un link counter con valore maggiore di 1 f) E possibile che un file cartella unix abbia dimensioni molto grandi, pur contentendo pochi file (ad esempio, listando il contenuto della cartella con ls si contano 3 file)? Motivate la vostra risposta. Si. La cartella conteneva in passato molti file che poi sono stati rimossi (nella rimozione dei file, unix non recupera lo spazio occupato dalle entry col campo i-node a zero). g) un sistema Unix adotta blocchi dell hard disk da 2048 byte, mentre il numero di un blocco è scritto in un puntatore da 4 byte. Qual è la dimensione massima di un file memorizzabile in questo sistema, seconda la normale allocazione gerarchica indicizzata usata da unix (è sufficiente riportare la formula, non il risultato finale)? (2048* 10) + (2048* 512) + (2048* ) + (2048* ) byte h) qual è il numero massimo di un blocco che può essere indirizzato da un puntatore del sistema (è sufficiente riportare la formula usata per calcolare il numero)?

5 ESERCIZI RELATIVI ALLA PARTE DI TEORIA DEL CORSO ESERCIZIO 1 (9 punti) In un sistema, la ram ha un tempo di accesso di 1 microsecondo. a) Se il sistema adotta la paginazione della memoria, con le tabelle delle pagine mantenute in RAM, qual è l, Effective Access Time (EAT) del sistema? 2 microsecondi (1 per leggere la tabella delle pagine e uno per leggere l effettiva cella di memoria indirizzata) b) Se invece il sistema adotta un TLB con tempo di accesso pari a 0, e con un hit ratio dell 95%, di quanto diventa, in microsecondi, l EAT del sistema? 0,95 * 1 + 0,05 * 2 = 1,05 microsecondi c) E se invece il TLB ha un tempo di accesso pari a 0,1 microsecondi? 0,95 * (1 + 0,1) + 0,05 *( 2 + 0,1) = 0,95 + 0, ,1 + 0,005 = 1,06 microsecondi d) Si supponga ora che il sistema implementi la memoria virtuale (e che, quando la ricerca nel TLB ha successo, la pagina riferita si trovi effettivamente in RAM). Si sa che il 2% degli indirizzi logici generati provoca un page fault, e nel 50% dei casi di page fault la pagina vittima ha il dirty bit a 0. Il tempo medio necessario per trasferire una pagina dalla RAM all area di swap (o viceversa) è di 1 millisecondo. Assumendo di nuovo, per semplicità, un TLB con tempo di accesso pari 0, qual è l EAT medio del sistema? (giustificate i vostri calcoli, e specificate le eventuali assunzioni che fate) Eat = (in microsecondi) 0.95 * 1 + (pagina nel TLB) (0.95) 0,03 * 2 + (pagina in RAM) (0,06) 0,01 * ( ) (page fault, dirty bit a 0) (10,01) 0,01 * ( * 2) (page fault, dirty bit a 1) (20,01) = 31,03 microsecondi, trascurando il tempo necessario ad accedere la cella di memoria indirizzata in caso di page fault. Se questo tempo viene invece preso in considerazione, gli ultimi due casi sopra diventano: 0,01 * ( ) (10,03) 0,01 * ( * 2 + 2) (20,03) e) In un sistema paginato, in quale caso conviene usare una inverted page table (IPT) anziché delle normali page table? Quando le PT possono assumere una dimensione tale da dover richiedere diversi livelli di paginazione, rendendo troppo lento il meccanismo di conversione di un indirizzo logico in un indirizzo fisico 5

6 f) Si consideri un sistema con memoria paginata che non dispone di TLB. Conviene usare delle normali page table o una inverted page table? (giustificate la vostra risposta). Cosa contiene una generica entry di una IPT? Conviene usare normali page table, in quanto l uso di una IPT richiederebbe di scorrere tutte le celle della stessa fino ad incontrare l entry <PID,page-number> che permette la conversione dell indirizzo logico nell indirizzo fisico. ESERCIZIO 2 (9 punti) Un ipotetico hard disk è suddiviso in 16 blocchi di 4 byte ciascuno, e per scrivere il numero di un blocco viene usato 1 byte. Sull hard disk è memorizzato inizialmente un unico file A della dimensione di 14 byte (per semplicità assumiamo che gli attributi del file, compreso il numero del primo blocco del file, che è il blocco numero 5, siano memorizzati solo in ram). a) Nel caso di allocazione contigua dei file su disco, qual è la frammentazione prodotta da A, e di che tipo di frammentazione si sta parlando (motivate la vostra risposta)? 2 byte, frammentazione interna b) Sempre nel caso di allocazione contigua, quante operazioni di I/O sarebbero necessarie per aggiornare il file in modo da inserire 4 nuovi byte al fondo del primo blocco del file stesso(motivate la vostra risposta)? E necessario spostare indietro di uno il primo blocco del file, sono quindi necessarie 3 operazioni di I/O: 2 per leggere e riscrivere il blocco 5 nel blocco 4, e 1 per scrivere i 4 nuovi byte nel blocco 5 (se invece si vogliono spostare in avanti i blocchi 6, 7 e 8, sono necessarie 7 operazioni di I/O) c) Sempre nel caso di allocazione contigua dei file su disco, sarebbe possibile memorizzare sul disco un secondo file B della dimensione di 36 byte? (se rispondete no, spiegate perché, se rispondete si, spiegate a quali condizioni) B occuperebbe 9 blocchi, che sono effettivamente disponibili, ma non contigui. B è quindi memorizzabile solo dopo aver spostato A nei primi (o negli ultimi) blocchi del disco. d) Si supponga ora che per il disco si adotti una allocazione concatenata (semplice, senza liste doppiamente concatenate), e che il file A sia di nuovo lungo 14 byte. Quanti blocchi vanno usati per memorizzare A, e di quanti byte è lo spreco di memoria dovuto al meccanismo di allocazione concatenata (specificate se nel calcolo considerate o meno lo spazio sprecato a causa della frammentazione)? Nell allocazione concatenata, l ultima parte di ogni blocco (nel nostro caso 1 byte) viene sprecata per memorizzare il puntatore al blocco successivo, per cui ogni blocco può contenere effettivamente solo 3 byte di dati. Sono quindi necessari 5 blocchi per contenere 14 byte, e lo spreco di memoria è di 5 byte (per i puntatori) + 1 byte di frammentazione interna non usato nell ultimo blocco. 6

7 e) Sempre nel caso di allocazione concatenata dei file su disco, quante operazioni di I/O sono necessarie per cancellare il terzo blocco del file (motivate la vostra risposta)? 4. E necessario che il secondo blocco del file punti al quarto, per cui è necessario arrivare a leggere il terzo blocco (quindi, tre operazioni di I/O) per sapere il numero del quarto blocco, e poi riscrivere il secondo blocco con il valore del puntatore al blocco successivo aggiornato. f) Supponete che il file A sia memorizzato nei blocchi 5, 1, 10, 7 (nell ordine). Disegnate la FAT associata al disco in cui è memorizzato A, supponendo che i blocchi liberi siano indicati con il numero 2 e i blocchi di fine file con il numero 1. A cosa serve la FAT? Si vedano i lucidi della sezione ESERCIZIO 3 (9 punti) a) Si consideri il problema dei produttori e consumatori, con buffer limitato ad m elementi, dove i codici del generico produttore e del generico consumatore sono i seguenti: semafori necessari con relativo valore di inizializzazione: semaphore mutex = 1; semaphore full = 0; semaphore empty = m; consumatore repeat wait(full) wait(mutex) <preleva dato dal buffer> <consuma dato> signal(mutex) signal(empty) forever produttore repeat wait(empty) wait(mutex) <produci dato> <inserisci dato nel buffer> signal(mutex) signal(full) forever Inserite le opportune operazioni di wait e signal necessarie per il corretto funzionamento del sistema, indicando anche i semafori necessari ed il loro valore di inizializzazione. b) Perché in un sistema che usa i semafori l uso di un meccanismo di mutua esclusione basato su busy-waiting può ancora essere utile? Si vedano i lucidi della sezione

8 c) Se il valore corrente di una variabile semaforica è un numero positivo N, che informazione ci da tale valore? E il numero di processi che possono contemporaneamente superare il semaforo senza venire bloccati. d) Definite i concetti di deadlock e starvation. Quale di questi due fenomeni è piu grave, secondo voi, e perché? Deadlock: una situazione in cui n (>1) processi sono fermi in attesa che si verifichi un evento che può essere provocato solo da un altro degli n processi. Starvation: una situazione in cui un processo non riesce mai ad entrare in possesso di una risorsa per poter proseguire la propria computazione. Ovviamente è più grave il deadlock, perché coinvolge più processi. 8