Klausur zum Präsenzmodul Systemnahe Programmierung (Info 3)

Aufgabe 4 (7 Punkte)
(a) Bei der direkten Abbildung von Programm- auf Maschinenadressen treten Probleme bzgl.
folgender drei Punkte auf (siehe Skript S. 165-167):
• Verschiebbarkeit
Die Programme werden beim Laden fixiert und müssen bis zu ihrem Ende an derselben
Stelle bleiben, da der Benutzer mit Adressen rechnen kann und deshalb positionsabhängige
Adressen in seinen lokalen Variablen hat. Bei der Beendigung eines
Programms passen neue Programme u.U. nicht in die zurückgebliebene Lücke
(Problem der externen Fragmentierung). Verdrängte Programme müssen wieder an
dieselbe Stelle geladen werden, was in der Regel nicht mehr möglich ist, da andere
Programme im benötigten Speicherbereich stehen können.
• Programmgröße
Programme können wesentlich größer als der verfügbare Arbeitsspeicher werden. Der
Benutzer muss sein Programm selbst in Segmente zerlegen und diese bei Bedarf nachladen
(Overlay-Technik). Dies ist sehr aufwändig, schwierig und damit fehleranfällig.
• Speicherausnutzung
Es ist kein Mechanismus vorgesehen, um die Lokalitätseigenschaft von Programmen
auszunutzen, d.h. nur die momentan bzw. in naher Zukunft notwendigen Ausschnitte
eines Programms in den Arbeitsspeicher zu laden. Damit könnten mehr Programme
im Arbeitsspeicher untergebracht und parallel verarbeitet werden.
Durch die Seitenadressierung werden diese Probleme behoben: Die Zuordnung einer Seite
zu einer Kachel ist nicht fix, der Programmadressraum kann wesentlich größer als der
Maschinenadressraum sein und momentan nicht benötigte Seiten können aus dem Arbeitsspeicher
verdrängt werden.
(b) Angenommen, es gibt die Seiten 0, 1, 2 und 3. Der Arbeitsspeicher bestehe aus den drei
Kacheln k1, k2 und k3. Auf die Seiten sei in der Reihenfolge 0 1 2 0 zugegriffen worden
und die Belegung des Arbeitsspeichers sei k1 : 0, k2 : 1, k3 : 2
Es soll nun auf die Seite 3 zugegriffen werden, d.h. eine Seite muss aus dem Arbeitsspeicher
verdrängt werden.
Drei Beispiele für Seitenverdrängungsstrategien (siehe Skript S. 178):
• FIFO (first-in first-out): Verdrängen der ältesten Seite
Die älteste Seite ist 0. Damit ergibt sich die Arbeitsspeicherbelegung
k1 : 3, k2 : 1, k3 : 2
• LIFO (last-in first-out): Verdrängen der jüngsten Seite
Die jüngste Seite ist 2. Damit ergibt sich die Arbeitsspeicherbelegung
k1 : 0, k2 : 1, k3 : 3
• LRU (least recently used): Verdrängen der am längsten nicht genutzten Seite
Die am längsten nicht genutzte Seite ist 1. Damit ergibt sich die Arbeitsspeicherbelegung
k1 : 0, k2 : 3, k3 : 2