AXO Architettura dei Calcolatori e Sistemi Operativi

Transcript

1 Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione prof.ssa Anna Antola prof. Luca Breveglieri prof. Giuseppe Pelagatti prof.ssa Donatella Sciuto prof.ssa Cristina Silvano AXO Architettura dei Calcolatori e Sistemi Operativi Prova di mercoledì 23 novembre 202 Cognome Nome Matricola Firma Istruzioni Si scriva solo negli spazi previsti sui fogli distribuiti e per la minuta si utilizzino le pagine bianche in fondo. Non si separino i fogli tranne eventualmente l ultimo per la minuta, che va consegnato anche se staccato intestandolo con nome e cognome. È vietato portare con sé libri, eserciziari e appunti, nonché cellulari e altri dispositivi mobili di calcolo o comunicazione. Chiunque fosse trovato in possesso di documentazione relativa al corso anche se non strettamente attinente alle domande proposte vedrà annullata la propria prova. Non è possibile lasciare l aula conservando il tema della prova in corso. Tempo a disposizione: 2 h : 30 m Valore indicativo di domande ed esercizi, voti parziali e voto finale: esercizio (4 punti) esercizio 2 (4 punti) esercizio 3 (4 punti) esercizio 4 (4 punti) voto finale: (6 punti) AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina di 4

2 esercizio n. modello thread e parallelismo Si consideri il programma C seguente (gli #include sono omessi): pthread_mutex_t law = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t order = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; sem_t mess; int global = 0; void one (void arg) { int local = 0; pthread_mutex_lock (&law); sem_post (&mess); local = ; / statement A / pthread_mutex_unlock (&law); global = ; pthread_mutex_lock (&order); local = 3; / statement B / pthread_mutex_unlock (&order); return (void ) global; } / end one / void two (void arg) { int local = 0; pthread_mutex_lock (&order); global = 2; pthread_mutex_lock (&law); sem_wait (&mess); / statement C / local = (int) arg; pthread_mutex_unlock (&law); pthread_mutex_unlock (&order); return NULL; } / end two / void main ( ) { pthread_t th_, th_2; sem_init (&mess, 0, 0); pthread_create (&th_2, NULL, two, void 2); pthread_create (&th_, NULL, one, NULL); pthread_join (th_, &global); / statement D / pthread_join (th_2, NULL); return; / end main / AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 2 di 4

3 Si completi la tabella qui sotto indicando lo stato di esistenza della variabile locale nell istante di tempo specificato da ciascuna condizione, così: se la variabile esiste, si scriva ESISTE; se non esiste, si scriva NON ESISTE; e se può essere esistente o inesistente, si scriva PUÒ ESISTERE. Ogni casella della tabella va riempita in uno dei tre modi (non va lasciata vuota). Si badi bene alla colonna condizione: con subito dopo statement X si chiede lo stato che la variabile o il parametro assume tra lo statement X e lo statement immediatamente successivo del thread indicato. condizione local in th_ variabile locale local in th_2 subito dopo stat. A subito dopo stat. C subito dopo stat. D Si completi la tabella qui sotto, indicando i valori delle variabili globali (sempre esistenti) nell istante di tempo specificato da ciascuna condizione. Il valore della variabile va indicato così: intero, carattere, stringa, quando la variabile ha un valore definito; oppure X quando è indefinita se la variabile può avere due o più valori, li si riporti tutti quanti il semaforo può avere valore positivo o nullo (non valore negativo) Si badi bene alla colonna condizione: con subito dopo statement X si chiede il valore (o i valori) che la variabile ha tra lo statement X e lo statement immediatamente successivo del thread indicato. condizione mess variabili globali global subito dopo stat. A subito dopo stat. B subito dopo stat. C subito dopo stat. D Il sistema può andare in stallo (deadlock). Qui si indichino gli statement dove si bloccano i due thread, precisando il valore (o i valori) della variabile global: th_ th_2 global AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 3 di 4

4 esercizio n. 2 nucleo e commutazione tra processi Si considerino i seguenti frammenti di programma: / programma CODICE_X.c / main ( ) {... pid = fork ( ); if (pid == 0) { / codice eseguito solo dal figlio Q / fd = open ( /acso/file, O_RDWR); / 3 blocchi / execl ( /acso/codice_y,...); write (stdout, err_msg, 20); exit (); } else { / codice eseguito solo dal padre P / pid = wait (&status); exit (0); } / end if / } / CODICE_X / / programma CODICE_Y.c / main ( ) {... pid = fork ( ); sleep (2); if (pid == 0) { / codice eseguito solo dal figlio S / exit (2); } else { / codice eseguito solo da R e Q (dopo execl) / write (fd, buffer, 000); / 2 blocchi / exit (); } / end if / } / CODICE_Y / Si considerino i seguenti processi nel sistema: è dato un processo P che esegue il programma CODICE_X; il processo P crea un processo figlio Q che, in un certo istante della sua esecuzione, richiede una mutazione di codice (programma CODICE_Y), la quale va a buon fine un processo R, che non è figlio né di P né di Q, viene creato in un certo momento ed esegue il programma CODICE_Y; il processo R crea un processo figlio S Non ci sono altri processi nel sistema. AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 4 di 4

5 Ulteriori specifiche del sistema:. i processi utente hanno associata una priorità, il processo idle ha priorità minima e non sono da considerare altri processi nel sistema 2. le priorità relative a tutti i processi di interesse attivi nel sistema sono indicate quando necessario nella tabella di commutazione dei processi da completare 3. il buffer del driver di standard output ha dimensione di 50 caratteri 4. per tutte le operazioni su file che implicano trasferimento di blocchi: a) la dimensione di un blocco di dati trasferito da o verso file tramite DMA, è di 52 byte b) l interruzione di fine DMA è associata al trasferimento di un singolo blocco del file (eventi DMA_in e DMA_out per lettura e scrittura di un blocco rispettivamente) 5. le operazioni di lettura e scrittura su file accedono sempre a disco, cioè è sempre necessario eseguire trasferimenti in DMA 6. per l apertura del file: a) è sempre necessario trasferire in DMA: un blocco per l accesso allo Inode di ogni cartella o file presente nel nomepercorso (pathname), tranne che per la cartella radice, e un blocco per il contenuto di ogni cartella presente nel nomepercorso (pathname) b) una volta terminata l operazione di apertura, l area di memoria centrale viene resa disponibile e pertanto una successiva apertura del file richiede trasferimento tramite DMA 7. l operazione close di chiusura di un file implica solo l aggiornamento delle tabelle gestite dal S.O. che sono presenti in memoria centrale 8. le chiamate di sistema wait e waitpid invocano la funzione Sleep_on su un evento opportuno 9. per completare la tabella delle commutazioni, si faccia riferimento alla notazione vista a lezione DOMANDA Si completino le parti mancanti della tabella di commutazione dei processi riportata alle due pagine seguenti. AVVERTENZE Nella tabella di commutazione proposta sono previste righe da completare, dove: a) è specificato l evento (con informazioni aggiuntive); in questo caso sono da completare le parti relative allo stato dei processi e se richiesto ai moduli del SO e al contesto b) è specificato lo stato dei processi raggiunto dopo il verificarsi dell evento; in questo caso sono da completare i campi relativi all evento (con eventuali informazioni aggiuntive) e se richiesto ai moduli del SO e al contesto NOTA BENE: l evento in questione è sempre determinabile univocamente dallo stato raggiunto, dall evoluzione precedente dei processi, dal codice dei programmi e dalle ulteriori specifiche di sistema se l evento è un interrupt è obbligatorio usare la notazione n interrupt indicando esattamente il numero di interruzioni che si sono verificate AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 5 di 4

6 evento (è preceduto dal processo nel cui contesto l evento si verifica) informazioni aggiuntive moduli del Sistema Operativo eseguiti per gestire l evento processo/i nel cui contesto è eseguito ogni modulo stato dei processi dopo la gestione dell evento P Q R S esec non esiste non esiste non esiste P: pid = fork il quanto di tempo di P è scaduto G_SVC_ fork G_SVC_2 Preempt_ Change G_SVC_2 3 P P P P P Q Q pronto esec non esiste non esiste Q: open open ha inizializzato il DMA in lettura P: pid = wait idle: 2 interrupt da DMA_in attesa (E2) attesa (E) esec non esiste R: pid = fork R: interrupt da DMA_in l ultimo è relativo all ultimo blocco da trasferire per la open di Q S = R < Q TABELLA DI COMMUTAZIONE DEI PROCESSI (continua) AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 6 di 4

7 evento (è preceduto dal processo nel cui contesto l evento si verifica) informazioni aggiuntive moduli del Sistema Operativo eseguiti per gestire l evento processo/i nel cui contesto è eseguito ogni modulo stato dei processi dopo la gestione dell evento P Q R S Q: pid = fork in codice mutato la fork fallisce per mancanza di memoria e restituisce un valore < 0 Q: sleep (2) S < R la sleep di R è già stata eseguita attesa (E2) attesa (E3) attesa (E4) esec S: exit ( 2) idle: interrupt da orologio sono passati 2 secondi della sleep di Q attesa (E2) esec attesa (E4) non esiste Q: exit () P: interrupt da orologio il quanto di tempo di P è scaduto P: 2 interrupt da DMA_out l ultimo è relativa all ultimo blocco da trasferire P < R TABELLA DI COMMUTAZIONE DEI PROCESSI (fine) AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 7 di 4

8 esercizio n. 3 memoria virtuale Un sistema dotato di memoria virtuale con paginazione e segmentazione tipo UNIX è caratterizzato dai parametri seguenti: la memoria fisica ha capacità 32 K byte, la memoria logica ha capacità di 32 K byte e la dimensione delle pagine è di 4096 byte. (a) Nel sistema vengono attivati i processi P, Q, e R. Essi eseguono i programmi X e Y, come indicato nel seguito. La dimensione iniziale dei segmenti dei due programmi X e Y è la seguente: CX: 4 K DX: 2 K PX:4 K CY: 6 K DY: 4 K PY:4 K Si inserisca in tabella la struttura in pagine della memoria virtuale dei due programmi X e Y; si ricorra alla notazione: CX0,..., DX0,, PX0,, CY0,, DY0,... PY0. indirizzo di pagina virtuale X Y 6 7 (b) A un certo istante t 0 sono terminati, nell ordine, gli eventi seguenti: Creazione del processo P e lancio il programma X ( fork di P ed exec di X) P accede nell ordine alle pagine dati, dati 0 e pila P esegue una sbrk di indirizzo massimo 5020 hex (virtuale assoluto) P richiede una nuova pagina di pila Creazione del processo Q e lancio del programma Y ( fork di Q ed exec di Y) Q salta all istruzione di indirizzo 2B3A hex (virtuale assoluto) poi accede all area dati all indirizzo 422A hex (virtuale assoluto) Q crea 2 pagine di pila Considerando le ipotesi seguenti, si compilino le tabelle della situazione al tempo t 0 relative alla memoria fisica e al contenuto della MMU: il lancio in esecuzione di un programma avviene caricando solo la pagina di codice con l istruzione di partenza, la prima pagina dati e una pagina di pila, in quest ordine il caricamento di ulteriori pagine in memoria avviene on demand (su richiesta) nella sbrk vengono caricate tutte le pagine dati aggiunte fino all indirizzo richiesto; il numero R di pagine residenti è pari a 4 l indirizzo di partenza del programma X è 0AAA hex (virtuale assoluto) l indirizzo di partenza del programma Y è 39A0 hex (virtuale assoluto) si utilizza l algoritmo LRU per la sostituzione di pagine di memoria, considerando che almeno una pagina di pila debba sempre rimanere in memoria (si noti che l allocazione di una nuova pagina di pila consente l eliminazione della vecchia pagina di pila) l allocazione delle pagine virtuali nelle pagine fisiche avviene sempre in sequenza all inizio della sequenza di eventi la MMU è vuota e se è richiesta una nuova riga si utilizza sempre la prima riga libera AXO prova di venerdì 23 novembre 202 pagina 8 di 4

9 situazione al tempo t 0: indirizzo di pagina virtuale P Q indirizzo fisico memoria fisica MMU pagine allocate proc. NPV NPF valid bit AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina 9 di 4

10 (c) A un certo istante t > t 0 sono terminati, nell ordine, gli eventi seguenti: Q termina ( exit di Q) P esegue una fork e crea il processo R R esegue un assegnamento all indirizzo 4200 hex (virtuale assoluto) Si completino le tabelle con la situazione al tempo t. situazione al tempo t : indirizzo fisico memoria fisica MMU pagine allocate proc. NPV NPF valid bit AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina 0 di 4

11 Esercizio 4: File system (parte prima 2punti) Si consideri un calcolatore dotato di sistema operativo Linux e in cui valgono le seguenti ulteriori specifiche:. per tutte le operazioni su file: a) la dimensione di un blocco trasferito in DMA da o su file è di 52 byte b) l interruzione di fine DMA è associata al trasferimento di un singolo blocco c) il sistema deve garantire che, per tutti i file aperti, il blocco contenente la posizione corrente sia in memoria 2. per la lettura e scrittura su file: d) le operazioni di lettura e scrittura su file accedono sempre a disco, cioè è sempre necessario eseguire trasferimenti in DMA 3. per l apertura del file: e) è sempre necessario trasferire in DMA: blocco per l accesso allo Inode di ogni cartella (catalogo) o file presente nel nomepercorso (pathname) (tranne che per la cartella radice), e DOMANDA blocco per il contenuto di ogni cartella (catalogo) presente nel nomepercorso (pathname) f) Le chiamate di sistema sono DIPENDENTI e rimangono a disposizione in memoria blocchi allocati/letti dalle precedenti chiamate di sistema Per ciascuna delle chiamate di sistema sotto riportate si indichi la posizione corrente nel file dopo la chiamata, il numero totale di interruzioni di fine DMA che si verificano affinché l operazione possa essere completata, la sequenza di accessi agli inode e ai blocchi (del tipo: ILista[X] oppure Blocco Y) in memoria principale (MM) o su disco (vedi anche le prime due righe di esempio di soluzione in tabella) Chiamata di sistema Posizione corrente nel file DOPO la chiamata di sistema n. di interruzioni di fine DMA Sequenza di accessi in memoria (MM) o disco. fd=open( /dir/dir2/file, O_RDONLY) Ilista[0] in MM Blocco 4 fd2=open( /dir/dir3/file2, O_RDONLY) read (fd, buf, 3) read (fd2, buf2, 026) lseek (fd2, 0L, 0) read(fd2, buf3, 5300) Il contenuto del volume durante l esecuzione è il seguente: ILista:<0,dir,4>,<6,dir,9>,<7,dir,8>,<0,dir,2>,<60,norm,56>, <86,norm,70,72,80,8,82,83,84,85,86,97,98,99,00>,<92,norm,90> Blocco 4: < 6, dir> Blocco 9: < 7, dir3 > <0, dir2> Blocco 2: < 60, file> AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina di 4

12 Blocco 8: < 92, file3> <86, file2> Blocco 98: <600, 60, 727> Nota bene: lo inode associato al catalogo radice / ha 0 come inumber; la ilista contiene terne <inumber, tipo_file, indice_blocchi>; i cataloghi contengono coppie < inumber, nome_file>. AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina 2 di 4

13 Esercizio 4: File system (parte seconda 2punti) Si consideri un calcolatore dotato di sistema operativo Linux e in cui valgono le seguenti ulteriori specifiche: 4. per tutte le operazioni su file: g) la dimensione di un blocco trasferito in DMA da o su file è di 52 byte h) l interruzione di fine DMA è associata al trasferimento di un singolo blocco i) il sistema deve garantire che, per tutti i file aperti, il blocco contenente la posizione corrente sia nel buffer di memoria 5. per la lettura e scrittura su file: j) le operazioni di lettura e scrittura su file accedono sempre a disco, cioè è sempre necessario eseguire trasferimenti in DMA k) Un blocco viene riscritto su disco solo quando è necessario salvarne il contenuto l) E disponibile un solo buffer di memoria di 52 Byte per contenere il blocco dati corrente 6. per l apertura del file: m) è sempre necessario trasferire in DMA: blocco per l accesso allo Inode di ogni cartella (catalogo) o file presente nel nomepercorso (pathname) (tranne che per la cartella radice), e DOMANDA blocco per il contenuto di ogni cartella (catalogo) presente nel nomepercorso (pathname) n) L Inode di un file viene letto al momento dell apertura e mantenuto in memoria fino alla chiusura; Per ciascuna delle chiamate di sistema sotto riportate si indichi la posizione corrente nel file dopo la chiamata, il numero totale di interruzioni di fine DMA che si verificano affinché l operazione possa essere completata, la sequenza di accessi agli inode e ai blocchi (del tipo: ILista[X] oppure Blocco Y) in memoria principale (MM) o su disco (vedi anche le prime due righe di esempio di soluzione in tabella) Chiamata di sistema Posizione corrente nel file DOPO la chiamata di sistema Blocchi di file2 letti Blocchi di file2 scritti n. di interruzioni di fine DMA Sequenza di accessi in memoria (MM) o disco. fd2=open( /dir/dir3/file2, O_RDONLY) 0 Bl. 70 (tot. 7) Ilista[0] in MM Blocco 4 Ilista[6] Blocco 9 ILista[7] Blocco 8 ILista[86] R Bl. 70 nel buf read (fd2, buf, 026) 026 Bl. 72 Bl. 80 (tot. 2) ILista[86] R Bl. 70 da buf R Bl. 72 R Bl. 80 nel buf write(fd2, buf, 026) 2052 Bl. 8 Bl. 82 Bl. 80 Bl. 8 (tot. 4) ILista[86] R Bl. 80 da buf W Bl. 80 R Bl. 8 W Bl. 8 R Bl. 82 nel buf AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina 3 di 4

14 lseek (fd2, 200L, ) /*rel. a posiz. corrente */ 852 read(fd2, buf, 026) 2878 write(fd2, buf, 026) 3904 Bl. 8 Bl. 82 (tot. 2) Bl. 82 Bl. 83 Bl. 84 Bl. 85 Bl. 83 Bl. 84 (tot. 2) (tot. 4) close (fd2) Bl. 85 (tot. ) Il contenuto del volume durante l esecuzione è il seguente: ILista[86] R Bl. 82 da buf W Bl. 82 R Bl. 8 nel buf ILista[86] R Bl. 8 da buf R Bl. 82 R Bl. 83 nel buf ILista[86] R Bl. 83 da buf W Bl. 83 R Bl. 84 W Bl. 84 R Bl. 85 nel buf ILista[86] R Bl. 85 da buf W Bl. 85 ILista:<0,dir,4>,<6,dir,9>,<7,dir,8>,<0,dir,2>,<60,norm,56>, <86,norm,70,72,80,8,82,83,84,85,86,97,98,99,00>,<92,norm,90> Blocco 4: < 6, dir> Blocco 9: < 7, dir3 > <0, dir2> Blocco 2: < 60, file> Blocco 8: < 92, file3> <86, file2> Blocco 98: <600, 60, 727> Nota bene: lo inode associato al catalogo radice / ha 0 come inumber; la ilista contiene terne <inumber, tipo_file, indice_blocchi>; i cataloghi contengono coppie < inumber, nome_file>. AXO prova di mercoledì 23 novembre 202 pagina 4 di 4