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| | <loop_index id="5fa9787b09a71">Seitentabelle</loop_index><loop_index id="5fa9787b33560">MMU, Seitentabelle</loop_index> |
| Seitentabellen werden benötigt, damit die [[MMU - Memory Management Unit|MMU]] die Umrechnung einer virtuellen Adresse in eine physikalische Adresse vornehmen kann. Da der Begriff ''Seitentabellen'' hier bereits in der Mehrzahl benutzt wird, deutet dies darauf hin, dass es nicht nur eine einzige, sondern mehrere Seitentabellen gibt. | | Seitentabellen werden benötigt, damit die [[MMU - Memory Management Unit|MMU]] die Umrechnung einer virtuellen Adresse in eine physikalische Adresse vornehmen kann. Da der Begriff ''Seitentabellen'' hier bereits in der Mehrzahl benutzt wird, deutet dies darauf hin, dass es nicht nur eine einzige, sondern mehrere Seitentabellen gibt. |
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| ==== Viele Seitentabellen existieren gleichzeitig ====
| | == Viele Seitentabellen existieren gleichzeitig == |
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| Für jeden einzelnen vom Betriebssystem zu verwaltenden virtuellen Adressraum gibt es jeweils eine zugehörige Seitentabelle. Anders ausgedrückt besitzt jeder Prozess seine eigene Seitentabelle, da ja auch jeder Prozess seinen eigenen virtuellen Adressraum besitzt. | | Für jeden einzelnen vom Betriebssystem zu verwaltenden virtuellen Adressraum gibt es jeweils eine zugehörige Seitentabelle. Anders ausgedrückt besitzt jeder Prozess seine eigene Seitentabelle, da ja auch jeder Prozess seinen eigenen virtuellen Adressraum besitzt. |
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| Je nach Betriebssystem kommen entweder '''einstufige Seitentabellen''' oder '''mehrstufige Seitentabellen''' zum Einsatz.
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| ==== Einstufige Seitentabellen ====
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| Damit die Hintergründe zu einstufigen Seitentabellen verstanden werden können, sind zunächst einige Umrechnungen nötig. Dies geschicht in der folgenden Aufgabe:
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| ==== Aufgabe 1 ====
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| <loop_area type="task">
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| <loop_task title="Wenn du es umrechnen kannst, dann kannst du es auch verstehen!">
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| Ein Computersystem arbeitet mit der virtuellen Speicherverwaltung. Es gelten folgende Voraussetzungen:
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| * Physikalischer Adressraum:<br />Der (in den Rechner eingebaute) physikalische Speicher habe eine Größe von 512 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|MiB]].
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| * Virtueller Adressraum:<br />Der (jedem Prozesess zugeordnete) virtuelle Speicher habe eine Größe von 4 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|GiB]].
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| * Ein Seitenrahmen (Pageframe) habe eine Größe von 64 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|KiB]].
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| * Eine (virtuelle) Seite hat per Definition die gleiche Größe wie ein Seitenrahmen, also auch 64 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|KiB]].
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| Berechne:
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| * Aus wievielen Seiten besteht der physikalische Adressraum?<br /><small>Gib die Antwort sowohl als Dezimalzahl, als auch als 2er-Potenz an!</small>
| | <loop_area type="important"> |
| </p>
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| <p> | | <p> |
| * Aus wievielen Seitenrahmen besteht der virtuelle Adressraum?<br /><small>Gib die Antwort sowohl als Dezimalzahl, als auch als 2er-Potenz an!</small>
| | Jeder Prozess besitzt seine eigene Seitentabelle! |
| </p> | | </p> |
| <p>
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| * Wieviele Byte ergeben 64 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|KiB]] umgerechnet?<br /><small>Gib die Antwort sowohl als Dezimalzahl, als auch als 2er-Potenz an!</small>
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| </p>
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| </loop_task>
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| </loop_area> | | </loop_area> |
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| Die bei den Umrechnungen ermittelten Werte werden in dem folgenden Video wieder aufgegriffen. Es erklärt die Hintergründe einer einstufigen Seitentabelle und wie die MMU diese nutzt.
| | Je nach Betriebssystem kommen entweder '''einstufige Seitentabellen''' oder '''mehrstufige Seitentabellen''' zum Einsatz. |
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| <p>
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| <loop_media type="video" title="MMU: Adressumrechnung mit einstufiger Seitentabelle (06:32)" description="http://youtu.be/aSSmsETQARw" copyright="CC-BY" index=true show_copyright=true>
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| {{#ev:youtube|aSSmsETQARw|700}}
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| </loop_media>
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| </p>
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| Das im Video erläuterte Beispiel geht davon aus, dass in den betrachteten Rechner ein physikalischer Speicher (RAM) von 512 KiB eingebaut ist. Jedem Prozess wird vom Betriebssystem ein virtueller Speicher von 4 GiB zugewiesen. Aus diesen Voraussetzungen ergeben sich die Adresslängen:
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| * Länge einer virtuelle Adresse: 32 Bit
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| * Länge einer physikalische Adresse: 29 Bit
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| Basiert das betrachtete Rechnersystem hingegen auf anderen Speichergrößen, so ändern sich auch die Adresslängen (siehe Aufgabe 3 unten).
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| In der folgenden Abbildung sieht man die im [http://youtu.be/aSSmsETQARw Video] gezeigte Seitentabelle. Sie besitzt insgesamt 65.536 Zeilen.
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| </p>
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| <loop_figure title="Die im Video gezeigte Seitentabelle" description="" copyright="CC-BY" index=true show_copyright=true>
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| [[Datei:Seitentabelle-4gb.jpg|700px]]
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| </loop_figure>
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| </p> | | </p> |
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| ==== Aufgabe 2 ====
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| <loop_area type="task">
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| <loop_task title="Eine Seitentabelle hat es in sich">
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| <p> | | <p> |
| Betrachte die [http://vfhcab.oncampus.de/mediawiki/images/vfhcab/3/39/Seitentabelle-4gb.jpg Seitentabelle aus der vorangegangenen Abbildung].
| | == So geht es weiter: == |
| </p> | | </p> |
| <p> | | <p> |
| * Warum besitzt die Tabelle genau 65.536 Zeilen?
| | <loop_area type="arrangement"><loop_toc> </loop_toc></loop_area> |
| </p>
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| <p>
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| * Unter welchen Umständen ist es erlaubt, dass eine Seitenrahmen-Nr. mehrfach in der Tabelle vorkommt? <small>(Siehe ''0 0000 0000 0000'', es wären aber auch andere doppelte Nummern denkbar.)</small>
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| </p>
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| <p>
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| * In der Spalte mit dem Present-/Absent-Bit: Wieviele Einsen könnten in dieser Spalte maximal auftreten? Warum nicht mehr?
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| </p>
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| <p>
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| * Wie realistisch ist es in der Praxis, dass in der Spalte mit dem Present-/Absent-Bit tatsächlich einmal die Maximalzahl an Einsen auftritt? Erläutere!
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| </p>
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| </loop_task>
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| </loop_area>
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| </p>
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| ==== Aufgabe 3 ====
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| <p>
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| <loop_area type="task"> | |
| <loop_task title="Nur 64 KiB RAM">
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| Ein Rechnersystem besitzt einen physikalischen Speicher (RAM) von 64 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|KiB]]. Das Betriebssystem weist jedem Prozess einen virtuellen Speicher von 128 [[Speicherwerk#2er-_oder_10er-Potenzen|KiB]] zu.
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| * Welche Länge hat eine physikalische Adresse?
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| * Welche Länge hat eine virtuelle Adresse?
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| * Wie ist die einstufige Seitentabelle in diesem Fall aufgebaut?
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| * Wie viele Zeilen besitzt die Seitentabelle?
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| * Erkläre an einem Beispiel, wie die Umrechnung einer virtuellen in eine physikalische Adresse funktioniert.
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| * Gehe in deinem Beispiel davon aus, dass das zehnte Byte innerhalb der betreffenden virtuellen Seite adressiert wird.
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| Hinweis:<br />
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| Wenn du schon ein gewisses Verständnis für dieses Thema entwickelt hast, dann hast du bereits bemerkt, dass innerhalb dieser Aufgabe eine wichtige Vorraussetzung nicht genannt wurde. In dem [http://youtu.be/aSSmsETQARw Video] ist sie hingegen genannt!
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| Denke erst nach, schaue dir das [http://youtu.be/aSSmsETQARw Video] nochmals an, und diskutiere in deiner Lerngruppe. Dann brauchst du den folgenden Tipp sicher nicht.
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| <spoiler text="Tipp">
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| HA! Du brauchst den Tipp ja doch!
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| </p>
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| Du kannst die Aufgabe nur dann vollständig lösen, wenn du die Größe eines Seitenrahmens festlegst. In dem [http://youtu.be/aSSmsETQARw Video] wurde das getan, aber der dort verwendete Wert ist für diese Aufgabe viel zu groß. Wähle lieber einen sinnvollen kleineren Wert.
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| </p>
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| Bedenke auch, dass die Größe eines Seitenrahmens identisch mit der Größe einer virtuellen Seite sein muss.
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| </p>
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| </spoiler>
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| </loop_task>
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| </loop_area> | |
| </p>
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| ==== Aufgabe 4 ====
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| <loop_area type="task">
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| <loop_task title="Du bist jetzt die MMU">
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| Betrachte die [http://vfhcab.oncampus.de/mediawiki/images/vfhcab/3/39/Seitentabelle-4gb.jpg einstufige Seitentabelle oben].
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| Rechne mit Hilfe der Seitentabelle die folgenden virtuellen Adressen in physikalische Adressen um:
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| * 0000 0000 0000 0010 1111 0000 0101 0000
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| * 0000 0000 0000 0011 1000 0110 0111 0111
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| * 0000 0000 0000 0101 1100 0100 1110 1111
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| </p>
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| Hinweis:<br/>
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| Gehe davon aus, dass die Zeilen in der Seitentabelle von unten nach oben durchnummeriert sind:
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| * Die Zeile ganz unten ist die ''Zeile Nr. 0''.
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| * Die Zeile ganz oben ist die ''Zeile Nr. 65.535''.
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| </p>
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| </loop_task>
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| </loop_area>
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| </p>
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| <cite>Mandl+2013</cite> zeigt in Kap. 7.2.1, Abb 7-14, ein weiteres Beispiels für eine Adressumsetzung mit Hilfe einer einstufigen Seitentabelle.
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| ==== Mehrstufige Seitentabellen ====
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| <cite>Mandl+2013</cite> Kap. 7.2.1, Abb 7-15, Abb 7-16.
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| Seitentabelleneintrag: <cite>Mandl+2013</cite> Kap. 7.2.1, Abb 7-17.
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