This question spans 2 stages — each part below is tagged with, and links to, the stage it belongs to.
1. (4 נק') נתון תהליך בעל מרחב זיכרון וירטואלי כפי שמוצג באיור המצורף מימין: - ריבוע צבוע מסמן אזור זיכרון במרחב המשתמש (למעט אפור המסמן את מרחב הגרעין). - בתוך כל ריבוע מופיע הגודל של אזור הזיכרון. - אין לתהליך עוד אזורי זיכרון מלבד המתוארים בתמונה. - התהליך רץ במעבד 64 ביט, הזהה לנלמד בתרגולים. בסעיף זה בלבד אין חובה לנמק. רשמו את הטווח המדויק ביותר העונה על השאלה (למשל: בתים XX-YY). מעתה והלאה, חובה לנמק בכל תשובה. 2. (10 נק') כעת נניח כי התהליך הנתון מריץ את הפונקציה func הנתונה למטה (אין שינוי בתמונת הזיכרון של התהליך). ```c 1. #define PAGE_SIZE 4096 // Number of bytes in a single page. 2. void func() { 3. // Allocating 3 anonymous pages. 4. char* arr = (char*)mmap (NULL, PAGE_SIZE*3, PROT_WRITE | PROT_READ, ..., -1, ... ); 5. x = arr[0]; 6. arr[0] = 'a'; 7. arr[PAGE_SIZE + 4] = 'b'; 8. arr[1000] = 'c'; ``` כעת נתון הקוד הבא: ```c 1. #define ARR_LEN 100 2. int main() { 3. int* arr = (int*) malloc(ARR_LEN * sizeof(int)); 4. 5. // fill array: 6. for (int i = 0; i < ARR_LEN; i++){ 7. arr[i] = i; 8. } 9. 10. if (fork () == 0) { 11. char tmp1 = arr[0]; 12. arr[1] = tmp1; 13. } else { 14. char tmp2 = arr[0]; 15. arr[1] = tmp2; 16. wait(); 17. } 18. } ``` 4. (4 נק') הניחו כי תהליך האב מבצע את שורות 14-15 לפני שתהליך הבן מבצע את שורות 11-12. 5. (4 נק') כעת הניחו שתהליך האב מבצע את שורות 14-15 אחרי שתהליך הבן מבצע את שורות 11-12.
Full original question text (raw OCR)
שאלה 4 – זיכרון וירטואלי (נק': 25) 1. (4 נק') נתון תהליך בעל מרחב זיכרון וירטואלי כפי שמוצג באיור המצורף מימין: - ריבוע צבוע מסמן אזור זיכרון במרחב המשתמש (למעט אפור המסמן את מרחב הגרעין). בתוך כל ריבוע מופיע הגודל של אזור הזיכרון. - אין לתהליך עוד אזורי זיכרון מלבד המתוארים בתמונה. - התהליך רץ במעבד 64 ביט, הזהה לנלמד בתרגולים. בסעיף זה בלבד אין חובה לנמק. רשמו את הטווח המדויק ביותר העונה על השאלה (למשל: בתים XX-YY). a.(1 נק') לכמה בתים בזיכרון הוירטואלי יכול התהליך לגשת (בבתים)? .b (1 נק') לכמה בתים בזיכרון הפיזי יכול התהליך לגשת (בבתים)? c.(2 נק') באילו כתובות וירטואליות נמצא ה-PCB של התהליך? מעתה והלאה, חובה לנמק בכל תשובה. 2. (10 נק') כעת נניח כי התהליך הנתון מריץ את הפונקציה func הנתונה למטה (אין שינוי בתמונת הזיכרון של התהליך). 1 #define PAGE_SIZE 4096 // Number of bytes in a single page. 2 void func() { 3 // Allocating 3 anonymous pages. 4 char* arr = (char*)mmap (NULL, PAGE_SIZE*3, PROT_WRITE | PROT_READ, ..., -1, ... ); 5 x = arr[0]; 6 arr[0] = 'a'; 7 arr[PAGE_SIZE + 4] = 'b'; 8 arr[1000] = 'c'; מלאו את הטבלה הבאה בנוגע לקוד שהוצג: נמקו בקצרה עבור כל שורה: כעת נתון הקוד הבא: 1 #define ARR_LEN 100 2 int main() { 3 int* arr = (int*) malloc(ARR_LEN * sizeof(int)); 4 5 // fill array: 6 for (int i = 0; i < ARR_LEN; i++){ 7 arr[i] = i; 8 } 9 10 if (fork () == 0) { 11 char tmp1 = arr[0]; 12 arr[1] = tmp1; 13 } else { 14 char tmp2 = arr[0]; 15 arr[1] = tmp2; 16 wait(); 17 } 18 } 3. (3 נק') באיזו שורה/שורות מע' ההפעלה יוצרת לראשונה את רשומות אזורי הזיכרון של תהליך הבן? נימוק: 4. (4 נק') הניחו כי תהליך האב מבצע את שורות 14-15 לפני שתהליך הבן מבצע את שורות 11-12. .a (2 נק') האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 14? כן / לא נימוק: .b (2 נק') האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 15? כן / לא נימוק: 5. (4 נק') כעת הניחו שתהליך האב מבצע את שורות 14-15 אחרי שתהליך הבן מבצע את שורות 11-12. האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 15? כן / לא נימוק:
(1 נק') לכמה בתים בזיכרון הוירטואלי יכול התהליך לגשת (בבתים)?
fork/exec address-space semanticslibc syscall wrapper caching pitfallsSRT / preemptive Gantt construction(1 נק') לכמה בתים בזיכרון הפיזי יכול התהליך לגשת (בבתים)?
fork/exec address-space semanticslibc syscall wrapper caching pitfallsSRT / preemptive Gantt construction(2 נק') באילו כתובות וירטואליות נמצא ה-PCB של התהליך?
libc syscall wrapper caching pitfallsreview:T2·22מלאו את הטבלה הבאה בנוגע לקוד שהוצג: מספר שורת קוד: 4, 5, 6, 7, 8 מספר חריגות הדף (PF) המינימלי שנוצרו במהלך הפקודה מספר אזורי זיכרון חדשים שהוקצו לתהליך במהלך הפקודה מספר מסגרות פיזיות חדשות שהוקצו עבור מרחב המשתמש של התהליך במהלך הפקודה
fork/exec address-space semantics(3 נק') באיזו שורה/שורות מע' ההפעלה יוצרת לראשונה את רשומות אזורי הזיכרון של תהליך הבן? נימוק:
fork/exec address-space semanticslibc syscall wrapper caching pitfallsSRT / preemptive Gantt construction(2 נק') האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 14? כן / לא נימוק:
Page fault error code classification(2 נק') האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 15? כן / לא נימוק:
Page fault error code classification(4 נק') כעת הניחו שתהליך האב מבצע את שורות 14-15 אחרי שתהליך הבן מבצע את שורות 11-12. האם תתרחש חריגת דף (PF) כשתהליך האב יבצע את שורה 15? כן / לא נימוק:
Page fault error code classification
The exam question — original PDF
Exactly as it appears on the exam paper.
Built from these components
Ordered basic → advanced. Master the earlier ones first.
Review the material
Read these before you answer — each verified slide teaches a component this question tests, and nothing from an unrelated topic is included. Tutorial slides show the actual slide image.
SRTF (Shortest-Remaining-Time First) • Assume different jobs may arrive at different times • SJF is not optimal – As it’s not preemptive, and – A short job might arrive while a very long job is running => recall: convoy effect • SRTF is just like SJF but – Is allowed to use preemption – Hence, it’s “optimal” (assuming a zero context-switch cost etc.) • Whenever a new job arrives, or an old job terminates – SRTF schedules the job with the shortest remaining time – Thereby making an optimal decision 39 OS (234123) - scheduling
אחרי fork()parentint main() { int x = 0; pid_t p = fork(); if (p == 0) { x = 1; } else { x = 2; }}sonint main() { int x = 0; pid_t p = fork(); if (p == 0) { x = 1; } else { x = 2; }}מערכות הפעלה - תרגול 210
הדפסה מתואמת למסךשימוש ב-wait() יכול לפתור את הבעיה שראינו קודם כאשר מדפיסים למסך במקביל משני תהליכים:int main() { pid_t p = fork(); if (p > 0) { // parent waits for child wait(NULL); } printf(“hello”); return 0;}מערכות הפעלה - תרגול 215
קריאות המערכת getpid(), getppid()pid_t getpid();קריאת מערכת המחזירה לתהליך הקורא את ה-pid של עצמו.pid_t getppid();קריאת מערכת המחזירה את ה-PID של תהליך האב של התהליך הקורא.שאלה: מה המשמעות של getppid() == 1 עבור תהליך משתמש טיפוסי?תשובה: תהליך האב הוא init. קורה למשל אם תהליך הבן יתום.מערכות הפעלה - תרגול 222
דוגמת FCFSaverageResponseTime = (10 + 20 + 30) / 3 = 20כעת נסיר את הנחה 1 ("כל התהליכים רצים למשך אותו זמן"). לכל תהליך זמן ריצה משלו.תוכלו לחשוב על דוגמה שבה FCFS אינו יעיל?מערכות הפעלה - תרגול 59כל התהליכים רצים למשך אותו זמן.כל התהליכים מגיעים באותו זמן (t=0).אם תהליך התחיל לרוץ, אז הוא ירוץ עד לסיומו ללא הפסקות.התהליכים משתמשים רק במעבד ולא מבצעים I/O.זמן הריצה של כל התהליכים ידוע מראש.
אפקט השיירה (convoy effect)averageResponseTime = (100 + 110 + 120) / 3 = 110אלגוריתם FCFS עלול לסבול מ"אפקט השיירה": מצב שבו תהליך אחד ארוך מעכב הרבה תהליכים קצרים. מערכות הפעלה - תרגול 510
סיכום השיעור שעבר2the CPU searches the TLBhitmissthe CPU walks the page tablecompletedpage faultphysical addressvirtual addressthe OS serves the page faultמערכות הפעלה - תרגול 10
מה נלמד היום?3the CPU searches the TLBhitmissthe CPU walks the page tablecompletedpage faultphysical addressvirtual addresskill the process or the entire systemfix the page table and retrythe OS serves the page faultinvalidvalidמערכות הפעלה - תרגול 10
הרשאות של אזור זיכרוןהדגלים המציינים את הרשאות האזור נשמרים בשדה vm_flags והם מאפשרים לגרעין לסווג גישות חוקיות ולא חוקיות לדפים באזור.VM_READ, VM_WRITE, VM_EXEC – האם מותר לקרוא/לכתוב/לבצע נתונים בדפים באזור.VM_MAYREAD, VM_MAYWRITE, VM_MAYEXEC – "הרשאת הרשאה" לכל אחת מההרשאות הנ"ל.לדוגמה VM_MAYWRITE קובע האם מותר להדליק את VM_WRITE.הדגלים האלה קשורים לקריאת המערכת mprotect() – מעבר לחומר הקורס.VM_SHARED – האם צריך לשתף דפים באזור זה עם תהליכי בן.VM_LOCKED – אסור לפנות את הדפים באזור מהזיכרון לדיסק.17מערכות הפעלה - תרגול 10
מרחבי זיכרון וקריאות מערכתחוטים הנוצרים ע"י קריאת המערכתclone() משתפים את מרחב הזיכרון ע"י הצבעה לאותו מתאר מרחב הזיכרון של תהליך האב.יש להגדיל את מונה השיתוף (mm_users) של מתאר מרחב הזיכרון של תהליך האב.קריאת המערכת execv() ודומותיה טוענות תהליך חדש ולכן הן משחררות את מרחב הזיכרון ומקצות אחד חדש.קריאת המערכתfork() מקצה לתהליך הבן מרחב זיכרון משלו.במקרה שכזה צריך להעתיק את מרחב הזיכרון של האב לזה של הבן.בפועל, בדרך-כלל אין באמת העתקה בזכות מנגנון copy-on-write.23מערכות הפעלה - תרגול 10
הפתרון: copy-on-write (COW)הרעיון של מנגנון copy-on-write (COW) הוא:דפים הניתנים לכתיבה שאינם יכולים להיות משותפים (לדוגמה, המחסנית), מוגדרים בתחילה כמשותפים אבל מועתקים לעותק פרטי כאשר אחד התהליכים השותפים (האב או הבן) מנסה לכתוב אליהם לראשונה.שאר הדפים (כדוגמת דפי קוד או דפי נתונים לקריאה בלבד) הופכים למשותפים בין מרחבי הזיכרון של האב והבן.מנגנון COW פותר את שתי הבעיות שהוצגו קודם:COW מקטין את זמן הביצוע של fork() כי הוא "פורס לתשלומים" את ההעתקה של כל מרחב הזיכרון להרבה העתקות קטנות בגודל דף שיתבצעו בעתיד---בכל כתיבה ראשונה לדף שאינו משותף.במידה ותהליך הבן יבצע מיד execv(), מרחב הזיכרון שלו יימחק וכך תיחסך רוב פעולת ההעתקה.27מערכות הפעלה - תרגול 10
father processpage tablememory regionsדוגמה: לפני קריאת מערכת fork()28…PTE #11r/w = 1…frame #250count == 1מערכות הפעלה - תרגול 10region #1VM_MAYWRITE=1VM_WRITE=1region #2
COW: טיפול ב-page faultתרחיש הטיפול: האב או הבן מנסים לכתוב לדף מוגן ע"י COW.המעבד ניגש לסיביות הבקרה ב-PTE של הדף, ומגלה כי r/w כבוי.המעבד יוצר חריגת דף (page fault).הגרעין מטפל בחריגה, ובודק שהדף שייך לאחד מאזורי הזיכרון ושהגישה בכלל חוקית (דגל VM_WRITE דלוק במתאר האזור).הגרעין בודק את ערך המונה השיתוף של המסגרת:אם count > 1, מקצים מסגרת חדשה, מעתיקים אליה את המסגרת המקורית, ומצביעים את הדף למסגרת החדשה.במסגרת הישנה מבוצע count-- .במסגרת החדשה מוצב count = 1 .בעותק החדש מאופשרת הכתיבה.אחרת (count == 1), הגרעין פשוט מאפשר כתיבה בדף ע"י הדלקת הדגל r/w.37מערכות הפעלה - תרגול 10
חריגת דף (page fault)החומרה מתריעה באמצעות חריגת דף על:גישה לדף שאינו נמצא בזיכרון, כלומר הביט present==0 בכניסה המתאימה בטבלת הדפים.גישה לא חוקית (שלא לפי ההרשאות בטבלת הדפים) לדף שנמצא בזיכרון, למשל ניסיון כתיבה לדף שמותר לקריאה בלבד.חריגת דף מפעילה את שגרת הטיפול הממומשת בפונקציית הגרעין do_page_fault().בסיום הטיפול בחריגה מבוצעת מחדש ההוראה שגרמה לה.אלא אם כן, כמובן, הטיפול בחריגה הורג את התהליך.43מערכות הפעלה - תרגול 10
The exam text, the skills it tests, and the exact slides are already in context.