Lernziele
In dieser Aufgabe …
- wiederholen die Studierenden die Privilegienmodi bei RISC-V.
- zeigen die Studierenden ihr Verständnis von Zusammenhängen in Betriebssystemen.
Privilegienmodi
Moderne Prozessoren verfügen, wie in der Vorlesung diskutiert, über mehrere Privilegienmodi.
a)
Level 1: Wissen
Nennen Sie die drei Privilegienmodi von RISC-V. Geben Sie die Assembler-Instruktionen an, um zwischen den Modi umzuschalten.
Lösung
Privilegienmodi bei RISC-V:
- User Mode
- Supvervisor Mode
- Machine Mode
Folgende Instruktionen führen zu einem Moduswechsel:
ecall(Systemaufruf)mret(Rückkehr aus dem Machine Mode)sret(Rückkehr aus dem Supervisor Mode)
b)
Level 2: Verstehen
Handelt es sich bei den Assemblerinstruktionen aus Teilaufgabe (a) um explizite oder implizite Umschaltung? Begründen Sie Ihre Antwort und nennen Sie ein Beispiel für die andere Art des Wechsels zwischen den Privilegienmodi.
Lösung
Das Umschalten zwischen den Modi kann explizit oder implizit geschehen:
- explizit: durch Software veranlasst (obige Assemblerinstruktion)
- implizit: durch Hardwareinterrupt oder als Seiteneffekt der Ausführung einer Instruktion (z. B. ungültige Instruktion/Adresse)
c)
Level 3: Anwenden
Geben Sie jeweils ein Beispiel für eine Situation an, die
- nur einen Moduswechsel
- einen Kontextwechsel (je nach Architektur mit implizitem Moduswechsel, um die Process-Switching-Routine des Betriebssystems aufzurufen)
- einen Moduswechsel mit anschließendem Kontextwechsel
erfordert.
Diese Aufgabe war Teil der Klausur im Sommersemester 2025 (Probeklausur).
Lösung
- nur Moduswechsel: Interrupt eines I/O-Gerätes
- Kontextwechsel: Aufruf eines blockierenden Systemaufrufs
- Moduswechsel mit anschließendem Kontextwechsel: Timer-Interrupt, der den Scheduler aufruft