Question 2 (5 pts) : Synchronisation (compteurs d événements)

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1 Automne 2005 Page 1 sur 7 INF3600 Attention : Toute réponse non argumentée vaut 0 pts. Question 1 (2 pts ) : Généralités Répondez, en 5 lignes maximum à chacune des questions suivantes : 1. Dans un système multiprogrammé à mémoire virtuelle, plus on augmente le degré de multiprogrammation, plus le taux d utilisation du processeur augmente. Vrai ou faux? Justifier votre réponse. 2. L instruction Test and Set Lock (TSL) comme solution au problème d exclusion mutuelle pose-t-elle problème? Si oui, peut-on avoir le même problème dans le cas d un ordonnanceur circulaire (Round Robin)? Justifiez votre réponse. Question 2 (5 pts) : Synchronisation (compteurs d événements) On souhaite implémenter au moyen de sémaphores les compteurs d événements. Un compteur d événements est un compteur associé à un événement. Sa valeur indique le nombre d occurrences de l événement associé. Généralement, ce compteur est partagé entre plusieurs processus et sert à les synchroniser. Dans ce sens, trois opérations atomiques sont définies pour un compteur d événement E : - Read(E) : retourne la valeur de E au processus appelant. - Advance(E) : incrémente de 1 la valeur de E et débloque tous les processus en attente que E atteigne cette nouvelle valeur. - Await(E, v) : bloque le processus appelant, si la valeur de E est strictement inférieure à v. Il n y a pas de blocage du processus appelant si la valeur de E est déjà égale ou plus grande que v. Complétez, au moyen de sémaphores, la structure et les procédures Await, Read et Advance suivantes (sous forme de pseudocode). Indiquez clairement les structures de données ajoutées dans la structure CompteurEvenement ainsi que les opérations associées. struct CompteurEvenement { int val ; /* 0 */ void Await (CompteurEvenement *E; int Valeur) { /*1*/ void Advance (CompteurEvenement *E) { /* 2 */ int Read (CompteurEvenement *E) { /* 3 * / CompteurEvenement CE = /* 4*/ ;

2 Automne 2005 Page 2 sur 7 INF3600 Question 3 (3 pts) : Interblocage Dans un système électronique de transfert de fonds, il existe des centaines de processus identiques qui fonctionnent comme suit : chaque processus lit une ligne de données qui spécifie la quantité d argent, le numéro de compte à créditer et le numéro de compte à débiter. Il verrouille ensuite l un après l autre les deux comptes, transfère l argent puis libère les verrous. 1. [1 pt] Peut-on avoir des situations d interblocage? Justifiez votre réponse 2. [1 pt] Si vous répondez oui à la question précédente, proposez une solution qui permet de les éviter. Attention : ne pas libérer l enregistrement d un compte avant que le transfert ne soit terminé. 3. [1 pt] Peut-on les prévenir? Si oui, expliquez brièvement comment? Question 4 (4 pts) : Ordonnancement 1. [2 pts] On considère une implémentation de l extension temps-réel de POSIX sur un système d exploitation avec 30 niveaux de priorité (de 0 à 29, 29 étant la plus forte priorité). Par conséquent, le système offre trois politiques d ordonnancement: SCHED_FIFO (pour les processus FIFO temps-réel), SCHED_RR (pour les processus tourniquet temps-réel) et SCHED_OTHER (pour les processus temps partagé). Le quantum d exécution pour la politique SCHED_RR est d une unité de temps. L ordonnancement est préemptif. Soit le jeu de processus présenté dans la table 1 suivante : Processus Politique Pattern d arrivée Période Instant d arrivée Temps d exécution Priorité Fifo1 SCHED_FIFO Périodique Fifo2 SCHED_FIFO Périodique Fifo3 SCHED_FIFO Apériodique Fifo4 SCHED_FIFO Apériodique rr1 SCHED_RR Apériodique rr2 SCHED_RR Apériodique Other SCHED_OTHER Apériodique Table 1 Un processus périodique est un processus qui est activé régulièrement, aux temps 0, T, 2T, 3T,.., où T est la période du processus. Donnez le diagramme de Gantt pour l ordonnancement des processus de la table 1 entre les instants 0 et 26.

3 Automne 2005 Page 3 sur 7 INF [2 pts] Considérons un système d exploitation doté d un ordonnanceur préemptif, à priorité. Dans le système, il existe 20 niveaux de priorité, de 0 à 19, 0 étant la plus faible priorité. Supposons que le processeur exécute le jeu de processus présenté dans la table 2 suivante : Processus Instant Séquence d exécution Priorité d arrivée A 2 EEQE 10 B 5 EE 7 C 0 EQQQQE 3 Table 2 Les processus A et C partagent la ressource Q, qu ils accèdent en exclusion mutuelle. Dans la séquence d exécution d un processus, Q signifie que pour une unité de temps le processus s exécute et accède à la ressource Q, tandis que E signifie que pour une unité de temps le processus s exécute sans accéder à la ressource Q. a) Donnez le diagramme de Gantt pour l ordonnancement des processus de la table 2 entre les instants 0 et 11. Sur le diagramme, indiquez les accès des processus à la ressource Q. b) Y a-t-il une inversion de priorité sur le diagramme? Si oui, précisez l instant de début, ainsi que la durée de l inversion de priorité. Question 5 (4 pts) : Gestion de la mémoire 1. [1.5 pts] Un système qui implémente la pagination à la demande dispose de 4 cases de mémoire physique qui sont toutes occupées, à un instant donné, avec des pages de mémoire virtuelle. La table 3 donne, pour chaque case de mémoire, le moment du chargement de la page qu elle contient (t chargement ), le temps du dernier accès à cette page (t dernier accès ) et l état des bits référencé (R), modifié (M ) et présence (P ). Les temps sont donnés en tops d horloge. Case t chargement T dernier accès R M P Table 3 Indiquez quelle est la page qui sera remplacée en cas d un défaut de page si l algorithme de remplacement de page est : a) LRU b) FIFO c) Horloge (seconde chance)

4 Automne 2005 Page 4 sur 7 INF [1 pt] Dans le même système, avec pagination à la demande, le temps d accès à une page chargée en mémoire physique est de 100ns. Le temps d accès à une page qui n est pas en mémoire physique est de 10ms s il y a une case libre en mémoire physique ou si la page qui sera retirée, pour faire place à la page manquante, n a pas été modifiée. Si la page qui sera retirée, pour faire place à la page manquante, a été modifiée, le temps d accès est de 20ms. Sachant que le taux de défauts de page est 35%, et que dans 70% des cas de défaut de page, la page à retirer a été modifiée, calculez le temps d accès moyen à la mémoire. 3. [1.5pts] On considère un système avec une mémoire virtuelle segmentée paginée où la taille d une page est de 4Ko et une mémoire physique de 64Ko. L espace d adressage d un processus P est composé de trois segments S1, S2 et S3 de taille, respectivement 16Ko, 8Ko et 4Ko. À un moment donné, pour le processus P, les pages 2 et 3 du segment S1, la page 2 du segment S2 et la page 1 du segment S3 sont chargées en mémoire physique, respectivement dans les cases 2, 0, 9, 12. Pour une donnée située dans l espace d adressage du processus P à l adresse décimale 8212, indiquez : a) le segment b) le numéro de page dans le segment c) le déplacement dans la page d) le numéro de case e) le déplacement dans la case f) l adresse physique Question 6 (2 pts) : Systèmes de fichiers Pour mémoriser les blocs libres d un disque, on a le choix d utiliser une liste de numéros de blocs ou une table de bits (bitmap). Les numéros de blocs sont codés sur D bits. Le disque est composé de B blocs, dont F blocs sont libres. Donnez la condition à satisfaire pour que la liste de blocs libres utilise moins d espace que la table de bits. Pour D égal à 16 bits, exprimez votre réponse en pourcentage de l espace disque qui doit être libre.

5 Automne 2005 Page 5 sur 7 INF3600 Question 1 : a) Faux. Si le nombre de processus (degré de multiprogrammation) augmente au-delà d une certaine limite, le système passe plus de temps à traiter les défauts de page qu à exécuter les processus; alors, le taux d utilisation du processeur diminue, au lieu d augmenter (phénomène d écroulement du système). b) Un processus peut rentrer dans une boucle infinie dans le cas d un ordonnanceur à priorité. Non, car avec l ordonnancement circulaire, chaque processus aura son temps CPU. Un processus qui effectue une attente active en utilisant TSL quitte cette attente lorsque le processus en section critique quittera sa section critique. Ce dernier aura son temps processeur avec cette politique d ordonnancement. Ce qui lui permettrait de sortir de la section critique. Question 2 : struct CompteurEvenement { int val ; /* 0 */ semaphore mutexe ; struct listesem {semaphore psem ; int pval * Lsem ; void Await (CompteurEvenement *E; int Valeur) { P( E->mutexE) ; if (E->val < Valeur { /*1*/ semaphore * new sem ; init(sem) = 0 ; ajouter (sem, Valeur) à E->Lsem; V(E->mutexE); P(sem); else V(E->mutexE) ; void Advance (CompteurEvenement *E) { /* 2 */ P( E->mutexE) ; E->val = E->val + 1 ; Pour chaque élément (sem, v) de E->Lsem telle que E->val <= v Faire V(sem) ; supprimer cet élément ; fait ; V(E->mutexE) ; int Read (CompteurEvenement *E) { /* 3 * / int v; P( E->mutexE) ;

6 Automne 2005 Page 6 sur 7 INF3600 v = E->val ; V( E->mutexE) ; return v; CompteurEvenement CE = (0, 1, NULL) ; Question 3 : 1. Oui. Par exemple, supposons deux processus P1 et P2. P1 veut effectuer un transfert de c1 vers c2. Il a pu verrouiller c1 mais est en attente de c2. P2 veut effectuer un transfert de c2 vers c1. Il a pu verrouiller c2 mais est en attente de c1. 2. Il suffit de faire en sorte qu il n y est pas d attente circulaire. Chaque processus doit verrouiller le compte le plus petit avant le compte le plus grand. 3. Oui, on connaît les besoins de chaque processus. On peut donc utiliser l algorithme du banquier. Question 4 : 1. ff1 ff2 rr ff4 ff2 ff1 Ff ff3 ff2 Ff rr rr rr rr ff2 rr ff1 o a) C C A A C B B C C A A Q Q Q Q Q b) Oui. À l instant 4 une inversion de priorité d une durée de 5 unités de temps survient. Le processus A, qui possède la priorité la plus élevée, est empêché de s exécuter par le processus C, qui accède à la ressource Q entre les instants 4 et 5 et 7 et 9, et par le processus B, qui suspend le processus C entre les instants 5 et 7. Question 5 : 1. a) Dans l algorithme LRU, on retire la page la moins récemment utilisée. Il s agit donc de choisir une page selon le critère de la colonne t dernier accès. La page à retirer est celle chargée dans la case 1, qui a été accédée au temps 255.

7 Automne 2005 Page 7 sur 7 INF3600 b) Dans l algorithme FIFO, on retire la page qui est en mémoire depuis le plus longtemps. Il s agit donc de suivre le critère de la colonne t chargement. La page à retirer est celle chargée dans la case 2 qui est en mémoire depuis le temps 110. c) Dans l algorithme de la seconde chance, on retire la page qui est en mémoire depuis le plus longtemps, donc selon le critère de la colonne t chargement, sauf si son bit R est à 1, auquel cas on le remet à 0 et on poursuit le recherche dans l ordre. Dans l exemple, la page chargée dans la case 2 est la plus ancienne, mais son bit R est à 1. La suivante dans l ordre est la page chargée dans la case 0 dont le bit R est à 0. C est donc celle qui est choisie. d) Dans l algorithme NRU, les pages sont séparées en deux catégories basées sur les valeurs des bits R et M : Classe 0 : R=0, M=0 Classe1 : R=0, M=1 Classe2 : R=1, M=0 Classe3 : R=1, M=1 On retire une page au hasard dans la classe la plus basse non-vide. Il s agit donc de retirer la page 0, qui appartient à la classe Le taux d accès réalisés en 100ns est de 65%. Parmi les 35% accès menant aux défauts de page, 70% ont besoin de 20ms et le reste de 30% ont besoin de 10ms. t accès moyen = 0.65* *(0.7* *10) = ms 3. a) segment S1 b) page 3 c) déplacement 20 d) case 0 e) déplacement 20 f) L adresse physique est exprimée sur 16 bits (64Ko = 2 16 ), dont 4 bits pour le numéro de case et 12 bits pour le déplacement dans la case (4Ko = 2 12 ). Alors, l adresse physique sera : Question 6 : La table de bits demande B bits (1 bit/bloc) et la liste des blocs libres DF bits. La liste de blocs libres nécessite moins de bits si DF < B ou si F/B < 1/D, où F/B est une fraction des blocs libres. Pour des numéros de blocs sur 16 bits, la liste des blocs libres est plus courte si 6 % ou moins du disque sont libres.