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Text File | 1992-03-20 | 27.7 KB | 1,053 lines

45 BS___7 Diplomprüfung Informatik (Teil 7 von 7) Teilprüfung Betriebssysteme Thema: Hintergrund-Speicher-Verwaltung zuammengestellt von Andreas Smoor Hintergrundspeicherverwaltung: - Magnettrommelspeicher - Magnetplattenspeicher März 1992 Welche Geräte dienen Als Hintergrundspeicher werden verwendet: als Hintergrundspeicher ? - Magnettrommelspeicher, - Magnetplattenspeicher, - Magnetband, - Disketten, ... 2 HSV 1 1 Hintergrundspeicher - 1 71000434 Beschreiben Sie einen Ein Trommelspeicher ist ein um seine Achse mit gleich- förmiger Geschwindigkeit Trommelspeicher. rotierender Zylinder mit festen Schreib-/Lese- Köpfen. 2 Magnettrommelspeicher 1 1 Trommelspeicher - 1 71000435 Der Mantel (die Oberfläche) Der Mantel ist in Spuren eines Trommelspeichers wird (engl. Tracks) unterteilt, durch ... quasi in Scheiben die jeweils mit einem aufgeteilt. Schreib-/Lese-Kopf versehen sind. Was gehört in die Lücke ? 2 HSV 1 1 Trommelspeicher - 2 71000436 Die Spuren eines Trommel- Die Felder eines Trommel- speichers sind aufgeteilt speichers, die sich neben- in eine feste Anzahl gleich einander befinden, bilden großer Felder. Felder, die einen sich längs der Achse des Speichers befinden, bilden Sektor. einen ... ? 2 HSV 1 1 Trommelspeicher - 3 71000437 Was kann man über die Felder Die Felder eines Sektors befinden sich immer zur eines Sektors bei einem selben Zeit über den Schreib-/Lese-Köpfen. Trommelspeicher aussagen ? 2 HSV 1 1 Trommelspeicher - 4 71000438 Woraus setzt sich die V = w + B = Verweilzeit w = Wartezeit in der Queue Verweilzeit z = Wartezeit auf den Sektor τ = Übertragungszeit für bei einem Trommelspeicher den Sektor B = z + τ = Bedienzeit zusammen ? 2 HSV 1 1 Trommelspeicher, Verweilzeit 71000439 Wenn man die Warteschlange Unter den Voraussetzungen ist eines Trommelspeichers nach dem FCFS-Verfahren abarbeitet ┌ 0 für t ≤ 0 und dabei von einer stetigen │ t Verteilung der Zugriffszeit F (t) = ┤ ─── für 0 < t ≤ ausgeht, wie lautet dann │ T F (t) = P [z ≤ t] ? └ 1 für t > T 2 Trommelspeicher - FCFS 1 1 FCFS, stetiger Ansatz - 1 72000440 Wie groß ist der Erwartungs- Der Erwartungswert für die wert für die Zugriffszeit z, Zugriffszeit bei einem bei einem Trommelspeicher mit Trommelspeicher mit FCFS und FCFS und stetiger Verteilung? stetiger Verteilung ist T T sei die Zeit für eine E [z] = ───. Umdrehung der Trommel. 2 2 Trommelspeicher - FCFS 1 1 FCFS, stetiger Ansatz - 3 72000442 Wie groß ist die Varianz der Bei einem Trommelspeicher mit Zugriffszeiten bei einem FCFS und stetiger Verteilung Trommelspeicher mit FCFS und der Zugriffszeit z ist die stetiger Verteilung ? 1 Varianz E [z²] = ──── T² 12 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, stetiger Ansatz - 4 72000443 Wie ergibt sich der ∞ Erwartungswert für die ⌠ Zugriffszeit z bei einem E [z] = │ t * F' (t) dt Trommelspeicher mit FCFS und ⌡ stetiger Verteilung der -∞ Zugriffszeiten ? mit F (t) = P [z ≤ t] 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, stetiger Ansatz - 2 72000441 Welche Form hat die Die Verteilungsfunktion F (t) Verteilungsfunktion F (t) für die Zugriffszeiten z hat eine Treppenform, die beim Trommelspeicher mit FCFS und bei Annahme einer durch eine Funktion G (t) diskreten Verteilung ? aproximiert werden kann. 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, diskreter Ansatz - 1 72000444 Die Verteilungsfunktion F (t) Im interessanten Bereich hat beim Trommelspeicher mit FCFS G (t) die Form einer Geraden: umd diskreter Verteilung kann durch eine Funktion G (t) 1 t approximiert werden. Wie G (t) = ──── + ─── sieht G (t) im Bereich 2N T 0 < t ≤ (2N - 1)/2 * T/N aus? 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, diskreter Ansatz - 2 72000445 Welcher Erwartungswert für Erwartungswert für die die Zugriffszeit z ergibt Zugriffszeit bei diskreter sich bei einem Trommel- Verteilung und FCFS: speicher, mit FCFS und diskreter Verteilung ? T T E [z] = ─── - ──── 2 2N 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, diskreter Ansatz - 3 72000446 Wie ergibt sich der Bedienzeit = Positionierzeit Erwartungswert der Bedienzeit + Übertragungszeit beim Trommelspeicher mit ==> FCFS und diskreter Verteilung der Zugriffszeiten ? T N + 1 E [B] = ─── * ─────── 2 N 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 FCFS, diskreter Ansatz - 4 72000447 Wie erhält man mit Hilfe der Unter Verwendung der mittleren Bedienzeit E [B] PK-Gleichung erhält man E [n] und der Varianz der und dann mit Hilfe von E [n] Bedienzeit E [B²] die und dem Satz von Little: mittlere Anzahl an Anforder- E [n] = ∩ * E [V], ungen an das System E [n] die Verweilzeit E [V]. und die Verweilzeit E [V] ? 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 Trommelspeicher - 5 72000448 Der Ausnutzungsgrad H eines τ Trommelspeichers ist das H = ─── ==> (für FCFS) Verhältnis zwischen der B Seitenübertragungszeit τ und der Bedienzeit B. 2 Wie wird der Ausnutzungsgrad H = ─────── bei FCFS konkret berechnet ? N + 1 2 Trommelspeicher - FCFS 0 1 Ausnutzungsgrad, FCFS 72000449 Was ist die Idee bei der Bei der SATF-Strategie (shortest access time first) SATF-Startegie zur Verwaltung wird die Anforderung als nächste behandelt, deren der Warteschlange eines Sektor als nächstes an den Schreib-/Lese-Köpfen Trommelspeichers ? vorbeidonnert. 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 SATF - 1 72000450 Welche Anforderung wird bei Man kann sich vorstellen, daß der SATF-Strategie als für jeden Sektor eine eigene nächste bearbeitet, falls es Warteschlange angelegt wird. mehrere gibt, die auf den Diese Warteschlangen werden gleichen Sektor der Trommel nach dem FCFS-Prinzip zugreifen möchten ? abgearbeitet. 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 SATF - 2 72000451 Welche Annahme trifft man Sowohl die gesamten Ankünfte für die Verteilung sowohl der gesamten Ankünfte als auch als auch die der einzelnen der der einzelnen Queues beim Trommelspeicher mit Queues sind SATF-Strategie ? Poisson verteilt. 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 SATF - 3 72000452 Wie ergibt sich die Es gilt: Ankunftsrate ∩ aus den Ankunftsraten ∩k für die N einzelnen Warteschlangen ∩ = Σ ∩k beim Trommelspeicher mit k=1 SATF-Strategie ? N = Anzahl der Sektoren 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Ankunftsrate - 2 72000454 Was gilt für die Die Ankunftsraten ∩k sind Ankunftsraten ∩k Poisson verteilt und haben mit k = 1..N alle den gleichen Wert: N = Anzahl der Sektoren ∩ beim Trommelspeicher mit ∩k = ─── SATF-Strategie ? N 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Ankunftsrate - 1 72000453 Die mathematische Analyse a) Bei Ankunft einer Anfor- der SATF-Strategie beim derung ist die Queue für Trommelspeicher wird durch den entsprechenden Sektor eine Fallunterscheidung nicht leer. erschwert. Welche zwei Fälle werden b) Die Queue für den Sektor unterschieden ? ist leer. 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 SATF - 4 72000455 Welche Bedienzeit ergibt sich E [B] = τ + z wegen Queue für einen Trommelspeicher mit SATF-Strategie, unter der nie leer ==> E [B] = τ + 0 Annahme, daß die Queues für die Sektoren nie leer sind, T aus Sicht des Systems ? E [B] = ─── N 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Bedienzeit - 1 72000456 Welche Bedienzeit ergibt sich E [B] = τ + z für einen Trommelspeicher mit SATF-Strategie, unter der T T Annahme, daß die Queues für = ─── + (N-1) * ─── die Sektoren nie leer sind, N N aus Sicht einer Anwendung, die in einer Queue wartet. = T 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Bedienzeit - 2 72000457 Wie lautet die allgemeine ∞ Formel für den Erwartungswert ⌠ E [x] = │ t * F' (t) dt einer Verteilungsfunktion ⌡ -∞ F (t) ? 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Verteilung, Erwartungswert 72000458 Was ergibt sich für die Die Zugriffszeit ist beim Zugriffszeit bei einem stetigen und beim diskreten Trommelspeicher mit SATF- Ansatz gleich. Strategie unter der Annahme, daß die Ankünfte eine leere T Schlange vorfinden ? E [z] ≈ ─────── n + 1 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Zugriffszeit 72000459 Welche Bedienzeit ergibt sich E [B] = E [z] + E [τ] für einen Trommelspeicher mit SATF-Strategie, unter der Annahme, daß die Ankünfte T T eine leere Queue vorfinden ? = ─────── + ─── n + 1 N 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Bedienzeit - 3 72000460 Welche Aussage kann man über Der Ausnutzungsgrad H bei SATF-Strategie ist optimal. den Ausnutzungsgrad bei einem E [τ] Trommelspeicher mit SATF- H = ─────── = 1 E [B] Strategie treffen ? 2 Trommelspeicher - SATF 1 1 Ausnutzungsgrad, SATF 72000461 Beschreiben Sie den Aufbau Anzahl Platten senkrecht an einer rotierenden Achse eines befestigt. Jede Plattenober- fläche enthält w Spuren. Jede Magnetplattenspeichers ! Spur unterteilt in Sektoren. Für jede Oberfläche gibt es einen Schreib-/Lese-Kopf. 2 Magnetplattenspeicher 0 1 Magnetplattenspeicher - 1 74000462 Im Zusammenhang mit einem Die übereinanderliegen Sektoren der Platten des Magnetplattenspeicher spricht Speichers werden bilden zusammen einen Zylinder. man von einem "Zylinder". Auf die Sektoren eines Zylinders kann gleichzeitig Was ist damit gemeint ? zugegriffen werden. 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Zylinder 74000463 Die Verweilzeit V einer W = Wartezeit in der Queue Anforderung beim Magnet- plattenspeicher setzt sich ta = Einstellung auf Spur wie folgt zusammen: tb = Einstellung auf Sektor V = ├─W─┼─ta─┼─tb─┼─τ─┤ Erklären Sie die Abkürzungen. τ = Übertragung einer Seite 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Plattenspeicher, Verweilzeit 74000464 Die Verweilzeit V beim Plattenspeicher: Plattenspeicher ergibt sich durch V = W + ta + tb + τ. Zugriffszeit z = ta + tb Wie ist die Zugriffszeit z und die Bedienzeit B Bedienzeit B = z + τ definiert ? 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Plattenspeicher, Zeiten 74000465 Zur Verwaltung der Warte- Strategien beim schlange beim Plattenspeicher Plattenspeicher: gibt es verschiedene Strategien. - FCFS - SSTF Nennen Sie drei. - SCAN 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Magnetplattenspeicher - 2 74000466 Was ist die Grundidee Ähnlich SATF wird beim SSTF (shortest seek time first) bei der SSTF-Strategie für die Anforderung behandelt, deren Spur die geringste die Verwaltung der Queue beim Distanz zur aktuellen Position des Schreib-/Lese- Plattenspeicher ? Arms aufweist. 2 Magnetplattenspeicher 1 1 SSTF - 1 74000467 Was ist der Nachteil der Die Zylinder, deren Sektoren sich entweder auf den inneren SSTF-Strategie zur Verwaltung oder auf den äußeren Spuren der Platten befinden, werden der Warteschlange beim stark benachteiligt, da sie im Durchschnitt weitere Magnetplattenspeicher ? Zugriffswege erfordern. 2 Magnetplattenspeicher 1 1 SSTF - 2 74000468 Was ist die Idee der Wenn der Schreib-/Lese-Arm sich in eine Richtung bewegt, SCAN-Strategie beim so bediene als nächstes die Anforderung, deren Spur als Magnetplattenspeicher ? erste in dieser Richtung erreicht werden kann. 2 Magnetplattenspeicher 1 1 SCAN 74000469 Welche Frage steht bei der Entscheidend bei der Analyse mathematischen Analyse des des Zeitverhaltens ist die Zeitverhaltens eines Zahl der Zylinder, die der Magnetplattenspeichers im Schreib-/Lese-Arm im Mittel Vordergrund ? überschreiten muß. 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Magnetplattenspeicher - 3 74000470 Wie berechnet man bei einem E [dk] = Plattenspeicher mit w Spuren die Summe aller möglichen k-1 1 w-k 1 Distanzen, die der Schreib-/ Σ i * ─── + Σ i * ─── Lese-Arm zur Abfertigung i=1 w i=1 w einer Anforderung zurücklegen müßte ? mit k = aktuelle Armposition 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Zeitverhalten 74000471 Wie erhält man den w 1 Erwartungswert E [d] für die E [d] = Σ ─── * E [dk] ==> Zahl der Zylinder, die der k=1 w Schreib-/Lese-Arm im Mittel überqueren muß, wenn er sich w 1 w->∞ w über einer beliebigen Spur E [d} = ─── - ──── ≈ ─── befindet ? 3 3w 3 2 Magnetplattenspeicher 1 1 Plattenspeicher, Zylinderzahl 74000472 Wie groß sind die w Erwartungswerte E [d] für die FCFS : E [d] = ─── tatsächlich zu überquerenden 3 Zylinder, bei den Strategien FCFS, SSTF und SCAN, falls w n Anforderungen vorliegen ? SSTF, SCAN : E [d] = ─────── n + 1 2 Magnetplattenspeicher 1 1 mittlere Zylinderdistanz 74000473 Welche mittlere Suchzeit E [ta] erhält man bei einem E [ta] = ta_min + Magnetplattenspeicher, falls ta_min die Zeit für das ta_max - ta_min Überqueren der 1. und ta_max E' [d] ─ ───────────────── die Zeit für das Überqueren w - 1 der übrigen Spuren ist ? 2 Magnetplattenspeicher 1 1 mittlere Suchzeit 74000474 Was sollte man beim Speichern Eine Datei sollte möglichst einer Datei auf einen in einem einzigen Zylinder Plattenspeicher beachten, um (falls dies nicht möglich ist die Zugriffszeit möglichst in benachbarten) gespeichert kurz zu halten ? werden, um beim Zugriff den Schreib-/Lese-Arm so wenig wie möglich zu bewegen. 2 Ablagestrategie 0 1 Ablagestrategie - 1 74000475 Welches Problem tritt bei Der Speicherbereich wird Plattenspeichern auf, wenn fragmentiert (zerstückelt). man ständig Dateien darauf speichert und wieder löscht ? Deshalb ist ab und zu eine Reorganisation des Platten- speichers zur Steigerung des Durchsatzes sinnvoll. 2 Ablagestrategie 1 1 Ablagestrategie - 2 74000476 Was ist die grundsätzliche Man möchte versuchen, eine Datei möglichst in einem Idee bei der Verwendung Sektor unterzubringen. Dazu faßt man hintereinander logischer Sektoren für liegende physikalische Sektoren zu einem logischen Hintergrundspeicher ? Sektor zusammen. 2 Hintergrundzugriff 1 1 Hintergrundspeicher - 2 74000477 Möchten Sie vielleicht Ein Bier auch einen Kaffee ? wäre mir lieber. Prost ! 2 1 1 sittsames Benehmen 74000478