כעת נשנה את שורה 2 בתוכנית הנ"ל לשורה הבאה: char *a = (char *) mmap(NULL, 2*1024*1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_HUGETLB | MAP_HUGE_2MB, -1, 0); הדגלים MAP_HUGETLB ו- MAP_HUGE_2MB מסמנים שההקצאה הינה בדפים גדולים, בגודל 2MB. הניחו כי קיים במערכת zero page בגודל 2MB.
Full original question text (raw OCR)
נתונה התוכנית הבאה: 1. int main() { 2. char *a = (char *) mmap(NULL, 2*1024*1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0 ); 3. char x = a[1000]; 4. char y = a[3000]; 5. a[1000] = 5; 6. a[3000] = 10; 7. a[6000] = 20; 8. return 0; 9. } הניחו כי: • התוכנית רצה בלינוקס על מעבד x86-64 כפי שנלמד בתרגולים. גודל דף/מסגרת הינו 4KB. • התוכנית רצה מתחילתה ועד סופה ללא החלפות קשר. • קריאות המערכת מצליחות. • הגרעין מצליח למצוא מסגרות פנויות כאשר הוא צריך (מבלי לפנות מסגרות אחרות לדיסק).
(5 נק') אילו מבני נתונים הגרעין מעדכן כאשר הוא מבצע את שורה 2?
libc syscall wrapper caching pitfallsLinux VMA vm_flags interpretationCopy-on-write fork memory protection(5 נק') כמה מסגרות חדשות הגרעין הקצה במרחב המשתמש במהלך שורות 3--7?
fork/exec address-space semantics(4 נק') כמה מסגרות חדשות הגרעין הקצה בטבלת הדפים של התהליך במהלך שורות 3--7?
libc syscall wrapper caching pitfallsLinux VMA vm_flags interpretationCopy-on-write fork memory protection(4 נק') אילו מבין שורות 3--7 בתוכנית יגרמו לחריגת דף (page fault)?
Page fault error code classification(4 נק') כמה מסגרות חדשות הגרעין הקצה בטבלת הדפים של התהליך במהלך שורות 3--7?
libc syscall wrapper caching pitfallsLinux VMA vm_flags interpretationCopy-on-write fork memory protection(4 נק') אילו מבין שורות 3--7 בתוכנית יגרמו לחריגת דף (page fault)?
Page fault error code classification
The exam question — original PDF
pages 10, 11, 12Exactly 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.
On-demand paging & readahead • On-demand paging rpt – OS maps / reads page from disk into DRAM only if/when the process attempts to access it for the first time (and, hence, a page fault occurs) – That is, OS pages-in data only via page faults (+ prefetching; see below) – Thus, a process begins execution with most pages “unmapped”, possibly not residing in physical memory (executable code included), and page faults occur until its pages are placed in in DRAM & mapped – Also called “ lazy” loading – What’s the benefit? Reading/mapping is costly, & with demand-paging we only read what we need • Notice: on-demand allocation also works rpt – For anonymously mmap-ed / (s)brk-ed memory • Readahead prefetching (anticipatory paging) – read() does prefetching when identifying sequential access – The page fault handler does the same when doing on-demand paging • Complements demand-paging in an attempt to minimize page faults OS (234123) - virtual memory 33
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
קריאת המערכת exit()שאלה: למה בכלל לקרוא ל-exit(status) , אם אפשר פשוט לרשום return status בסוף פונקציית ה-main?תשובה: main היא לא באמת הפונקציה הראשית של התכנית...main() נקראת ע"י __libc_start_main() שאוספת את ערך החזרה של main() וקוראת ל-exit().int __libc_start_main(…) { …… exit(main(…));}מסקנה: הפונקציה exit תמיד נקראת לסיום סטנדרטי של התוכנית.מערכות הפעלה - תרגול 218
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
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
father processpage tablememory regionsדוגמה: אחרי קריאת מערכת fork()30…PTE #11r/w = 0…son processpage tablememory regions…PTE #11r/w = 0…מערכות הפעלה - תרגול 10frame #250count == 2region #1VM_MAYWRITE=1VM_WRITE=1region #2region #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.