Informatik Betriebssysteme – Virtueller Speicher
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14 KartenWas ist das Hauptziel von virtuellem Speicher?
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Programmen einen größeren, zusammenhängenden Adressraum bereitzustellen, als physischer RAM vorhanden ist, durch Auslagerung inaktiver Seiten auf die Festplatte.
Wie unterscheidet sich Paging von Segmentation?
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Paging nutzt fix große Blöcke (Pages/Frames), Segmentation variable logische Einheiten (Segmente); Paging vermeidet externe Fragmentierung, Segmentation unterstützt logische Strukturierung.
Welche Informationen enthält ein Page Table Entry (PTE) mindestens?
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Frame-Nummer, Valid-Bit (Seite im RAM?), Dirty-Bit (modifiziert?), Referenz-Bit (zugriff), Schutz-Bits (Lesen/Schreiben/Ausführen).
Was passiert bei einem Page Fault?
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Die MMU löst einen Trap aus, das OS wählt ein Opfer-Frame, schreibt dirty Pages zurück, lädt die gewünschte Page von Disk, aktualisiert PTE und startet die Instruktion neu.
Welche Aufgabe übernimmt die Translation Lookaside Buffer (TLB)?
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Die TLB cached häufig genutzte Seitenzuordnungen (VPN → PFN), um den zweistufigen Speicherzugriff (Page Table + Daten) auf einen Zugriff zu reduzieren.
Wie funktioniert der FIFO-Seitenersetzungsalgorithmus?
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Die am längsten im Hauptspeicher verbliebene Seite wird ersetzt; einfach zu implementieren, leidet aber unter Belady's Anomalie (mehr Frames → mehr Page Faults).
Warum gilt LRU als guter Approximation für optimale Ersetzung?
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LRU ersetzt die längste nicht genutzte Seite, nutzt Lokalität aus und approximiert den optimalen Algorithmus (Beladys MIN), der zukünftige Zugriffe kennt.
Was beschreibt das Working-Set-Modell?
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Die Menge an Seiten, die ein Prozess in einem Zeitfenster Δ referenziert; das OS hält das Working Set im RAM, um Thrashing zu vermeiden.
Wann tritt Thrashing auf und wie wird es erkannt?
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Thrashing: CPU verbringt mehr Zeit mit Page Faults als mit nützlicher Arbeit; erkannt an sehr hoher Page-Fault-Rate bei niedriger CPU-Auslastung.
Was bewirkt Copy-on-Write (COW) bei fork()?
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Eltern- und Kindprozess teilen sich initiale Pages (read-only); erst bei Schreibzugriff wird eine private Kopie erstellt – spart RAM und fork-Zeit.
Unterschied zwischen Demand Paging und Prepaging?
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Demand Paging lädt Seiten erst bei Bedarf (Page Fault), Prepaging lädt voraussichtlich benötigte Seiten proaktiv (z. B. bei Prozessstart).
Wozu dienen Multi-Level Page Tables?
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Reduzieren Speicherbedarf der Page Table bei großen Adressräumen (z. B. 64 Bit), indem nur belegte Bereiche zweite Ebene allozieren.
Was ist eine Inverted Page Table und ihr Vorteil?
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Ein globaler Frame-Tabelle-Eintrag pro physischer Frame (nicht pro virtueller Seite); spart RAM bei 64-Bit-Systemen, erfordert aber Hash-Suche.
Wie unterscheidet sich Swapping von Paging?
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Swapping verschiebt ganze Prozesse zwischen RAM und Disk, Paging verschiebt einzelne Pages; moderne Systeme nutzen Paging, Swapping als Notfallmaßnahme.