DATALOGI 1F. Skriftlig eksamen mandag den 11. juni % 2 15 % 3 35 % 4 20 % 5 15 %

Transkript

1 DATALOGI 1F Skriftlig eksamen mandag den 11. juni 2001 Opgave Vægtning 1 20 % 2 15 % 3 35 % 4 20 % 5 15 % Alle de sædvanlige hjælpemidler må benyttes, dvs. alt skriftligt materiale, lydløse lommeregnere og ikke-elektroniske skriveredskaber. Mobiltelefon og lignende må ikke benyttes under eksamen.

2 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 1 af 8 Opgave 1: Dynamiske rutningsprotokoller De mest benyttede rutningsprotokoller er distance-vector protokollen RIP (Routing Information Protocol) og link-state protokollen OSPF (Open Shortest Path First). Spørgsmål 1.1 a) Beskriv de vigtigste forskelle mellem de to protokoller. b) Hvilken information sender en knude til sine naboer i link-state protokollen for at ajourføre tabellerne? 2 B C 4 3 A D E F 8 Figur 1: Datanet På figur 1 er skematisk vist et datanet med 8 navngivne knuder forbundet med fuld duplex-linier, der hver er forsynet med en omkostning (omkostningen kan være baseret på throughput, round-trip time, pålidelighed m.m., men kun omkostningens værdi er af relevans for opgaven her). Spørgsmål 1.2 Opskriv hvorledes link-state algoritmen opbygger rutetabellen for knude D. På et senere tidspunkt afbrydes forbindelsen mellem C og E, hvilket opdages af E, som herefter udsender en link-state package. Spørgsmål 1.3 Hvorledes ser denne link-state package ud?

3 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 2 af 8 Spørgsmål 1.4 Hvorledes ser D s rutetabel nu ud? Opgave 2: Rutning og congestion control Spørgsmål 2.1 Forklar forskellen mellem flow control og congestion control. 10 Mbit/s Ethernet Ruter A (1,5 Mbit/s) B (1,5 Mbit/s) C (1,5 Mbit/s) Figur 2: Ruter Figur 2 viser en ruter, som forbinder et 10 Mbit/s Ethernet med tre 1,5 Mbit/s forbindelser A, B og C. Spørgsmål 2.2 Hvis signal/støj-forholdet for en 1,5 Mbit/s linie antages at være 40 db, hvad skal båndbredden af linien så mindst være? Det antages nu, at ruteren benytter Fair Queuing -algoritmen ved videresendelse af pakker på de tre 1,5 Mbit/s linier A, B og C. Spørgsmål 2.3 Antag at nedenstående 7 pakker er ankommet og skal videresendes ad forbindelserne A, B og C. Der ankommer ingen nye pakker mens de 7 pakker afsendes. I hvilken rækkefølge afsendes pakkerne?

4 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 3 af 8 Spørgsmål 2.4 Pakke Størrelse Linie A A A B 5 50 B C 7 40 C Antag at ruteren i stedet benytter Weighted Fair Queuing med vægten 2 til forbindelse B mens A og C har vægten 1. I hvilken rækkefølge vil pakkerne nu blive afsendt? Opgave 3: Synkronisering og processer I et større københavnsk bibliotek er der et nummersystem ved hovedudlåns og afleveringsskranken, således at lånerne kan blive betjent i den rækkefølge, som de ankommer i. Der er et antal ekspeditionssteder (N E ), og et antal små automater (N A ) hvor en låner kan trække et ekspeditionsnummer. Ved hvert ekspeditionssted er der et display, der viser hvilket nummer, der betjenes nu, og der er et antal større displays, som viser de N D nyeste ekspeditionsnumre og tilhørende sted. Disse displays viser alle det samme, og kan i denne opgave betragtes som ét display med N D felter. To lånere må naturligvis ikke få udleveret samme nummer. Ved hvert ekspeditionssted er der en knap, som personalet bruger til at angive, at stedet er klart til en ny ekspedition. Nummersystemet realiseres ved brug af en computer, som styrer udleveringen af numre, fordelingen af lånere til ekspeditionsstederne og visningen af numre/steder. Systemet består af et multiprogram, hvori alle personer hver repræsenteres ved en proces. Multiprogrammet kan skitseres som følger (en del detaljer er udeladt). I klammer [ ] er indsat en identifikation af programlinien for at lette krydsreferencer fra løsningen til opgaveteksten. Først data: [D-01] /* globale data */ [D-02] const int D=2; /* antal felter i det store display */ [D-03] struct { /* hvert felt i display har: */ [D-04] int nummer; /* nummer, der betjenes */ [D-05] int sted; /* betjeningssted */ [D-06] } betjening[d]; [D-07] [D-08] int nubetjenes; /* initielt 0 */ [D-09] int naestenummer; /* initielt 1 */ [D-10] int index; /* index for nyeste nummer, initielt 0 */ Dernæst skitsekode a la C/C++:

5 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 4 af 8 [P-01] /* laaners procedure */ [P-02] int traeknummer() /* laaner ankommer og faar nummer */ [P-03] /* kaldes ved knaptryk */ [P-04] {int i; [P-05] i=naestenummer; [P-06] naestenummer++; [P-07] return i; /* egentlig ventes der indtil ens tur */ [P-08] } [P-09] [P-10] /* betjeningspersonalets procedure */ [P-11] int betjen(int her) /* klar til at modtage naeste laaner */ [P-12] /* kaldes, naar der trykkes paa knappen */ [P-13] {int i; [P-14] nubetjenes++; [P-15] i=nubetjenes; [P-16] vis_egetdisplay(her, i); [P-17] index++; [P-18] if (index>=d) index=0; /* cyklisk */ [P-19] vis_stortdisplay(index, her, i); [P-20] /* og saa ventes der til en laaner kommer, ellers tryk en gang til */ [P-21] } [P-22] [P-23] /* visningsprocedurer */ [P-24] void vis_egetdisplay(int displaynr, int nummer) [P-25] { IO_lilledisplay(displaynr, nummer); [P-26] } [P-27] [P-28] void vis_stortdisplay(int nyeste, int s, int nr) [P-29] {int i, j; /* i intern buffer, j felt i display, nyeste har 0 og 1 */ [P-30] betjening[nyeste].sted=s; [P-31] betjening[nyeste].nummer=nr; [P-32] i=nyeste; j=0; [P-33] while (j<d) { [P-34] IO_stortdisplay(j, betjening[i].sted); [P-35] IO_stortdisplay(j+1, betjening[i].nummer); [P-36] j+=2; [P-37] i--; [P-38] if (i<0) i=d-1; [P-39] } [P-40] }

6 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 5 af 8 Spørgsmål 3.1 Angiv de kritiske regioner, dvs. de programlinier der skal udføres udeleligt. Hver angiven region skal være mindst mulig, dvs. omfatter så få programlinier som muligt. Spørgsmål 3.2 Hvilke synkroniserinsgmekanisme kan sikre, at hver kritisk region udføres udeleligt? Argumentér for valget ud fra antagelsen om at hver person repræsenteres ved en proces. Spørgsmål 3.3 Da en række processer kan komme til at vente på ressourcer (de kritiske regioner), er muligheden for baglås til stede. Kan der i det angivne system opstå baglås? Svaret skal begrundes teoretisk. Spørgsmål 3.4 Det antages ovenfor, at hver person repræsenteres ved en proces. Er det nødvendigt med dette store antal processer eller kan færre processer være et bedre valg? Begrund valget af antal processer. Spørgsmål 3.5 Hvis vi i stedet for at implementere nummersystemet som en kombination af computer og mennesker ønsker en simulation af systemet, er det nødvendigt simulere alle de handlinger, de forskellige personer foretager sig. Antag igen at hver person simuleres ved én proces (og at antallet af processer er begrænset til højst at være N personer i alt). En låners ankomst sker da ved at en proces oprettes. Processen kalder traeknummer(), og skal dernæst vente på sin tur. Hver person, der betjener lånerne, udfører en uendelig løkke, bestående af betjen(her) efterfulgt af en venten på at låneren kommer hen til ekspeditionsstedet. Dette er skitseret i følgende pseudo-kode: [S-01] /* kode for en laanerproces */ [S-02] process laaner() [S-03] {int mitnummer; [S-04] mitnummer=traeknummer(); [S-05] /* vent paa at display et viser nummeret */ [S-06] /* gaa til skranken angivet p\unicode{0xe5} display et */ [S-07] /* betjening */ [S-08] } [S-09] [S-10] /* kode for personalet ved et ekspeditionssted */ [S-11] process ekspedition(int sted)

7 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 6 af 8 [S-12] {int nummer; [S-13] while (forever) { [S-14] nummer=betjen(sted); [S-15] /* vent p\unicode{0xe5} laaner med nummer */ [S-16] /* betjening */ [S-17] } [S-18] } Skitser en synkroniseringsmekanisme under brug af semaforer, der får en lånerproces til at vente indtil dens tur. Hvilke modifikationer er nødvendige, hvis en låner skal kunne blive træt af at vente (dvs. en ur-proces aktiverer den ventende proces) og gå sin vej, idet en personale proces ikke må bringes til at vente i det uendelige på en låner, der er gået? Opgave 4: Filsystemer Et UNIX-filsystem bruger indekseret tilgang til filer, idet der anvendes I-noder, hvorved de første 10 blokke i en fil adresseres direkte, og resten af filen nås via enten en indeksblok, en dobbelt indeksblok eller en tredobbelt indeksblok. En blok svarer til en klynge ( cluster ). En indeksblok indeholder et antal adresser på hver fire byte; er blokstørrelsen f.eks. 2KB, kan der være 512 adresser i en enkelt-niveau indeksblok, og filer på op til 522 blokke kan derfor nås direkte eller via første indeksblok. Spørgsmål 4.1 Hvad er den største og den mindste fil, der kan gemmes, hvis blokstørrelsen er 2 KB? I filsystemet er gemt filer af forskellig størrelse. 40% er små filer, dvs. med en gennemsnitlig størrelse på 50 KB eller derunder; 45% er mellemstore, dvs. med en gennemsnitlig størrelse på 6 MB; resten er store med en gennemsnitlig størrelse på 71 MB. Alle filer tilgås sekventielt, og de mellemstore filer tilgås herudover også direkte (der er for mange af disse filers vedkommende tale om at de er dele af en database). Spørgsmål 4.2 Er det bedst med en lille eller en stor blokstørrelse i dette filsystem? (Vink: der kan argumenteres ud fra tilgangstid (access time) og spildplads på grund af fragmentering). Er 2 KB et passende valg?

8 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 7 af 8 Spørgsmål 4.3 Argumentér for valget af metode til at holde styr på de frie blokke afhængigt af om der vælges små eller store blokstørrelser. Opgave 5: Virtuelt lager En meget lille eksperimentel computer benytter viruel lagring med sidedeling (virtual memory, demand paging). Der er 6 sidepladser (frames) i arbejdslageret nummereret 0 til 5. Spørgsmål 5.1 Hver sideplads beskrives i en tabel med seks indgange; hver af disse indeholder blandt andet startadressen for den pågældende plads. Hvilke andre felter er nødvendige hvis der benyttes LRU (least-recently used), henholdsvis FIFO (first-in, first-out) som sideudskiftningsalgoritme? Sidepladserne er på et tidspunkt optaget af følgende sider: Plads nummer Side nummer Tidsstempel (seneste=6) Der refereres nu til følgende sider: Tid Side nr Spørgsmål 5.2 Vi vælger LRU (least-recently used) algoritmen til at udskifte sider. Vis på skematisk form for hver reference i figuren, om der sker sidefejl, og angiv ændringerne i sidetabellen. Angiv også det totale antal sidefejl. Spørgsmål 5.3 Vi vælger FIFO (first-in, firrst-out) algoritmen til at udskifte sider. Vis på skematisk form for hver reference i figuren, om der sker sidefejl, og angiv ændringerne i sidetabellen. Angiv også det totale antal sidefejl.

9 Skriftlig eksamen mandag d. 11. juni 2001 i Datalogi 1F side 8 af 8 Spørgsmål 5.4 Vi vælger OPT den optimale algoritme til at udskifte sider, hvilket vi kan, fordi vi kender referencesekvensen. Vis på skematisk form for hver reference i figuren, om der sker sidefejl, og angiv ændringerne i sidetabellen. Angiv også det totale antal sidefejl. (Slut på opgavesættet)