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## 📘 **Zusammenfassung: VB Zuverlässigkeit und Virtualität – Computerarchitektur**
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### 🔒 **Zuverlässigkeit (Dependability)**
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#### 🛑 Begriffe
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- **Fault:** Fehler in einem Bauteil (temporär oder permanent)
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- **Failure:** System liefert nicht die spezifizierte Leistung
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- **MTTF (Mean Time To Failure):** mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall
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- **MTTR (Mean Time To Repair):** mittlere Reparaturzeit
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- **MTBF (Mean Time Between Failures):** MTTF+MTTRMTTF + MTTR
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- **Verfügbarkeit (Availability):**
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Availability=MTTFMTTF+MTTRAvailability = \frac{MTTF}{MTTF + MTTR}
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- Verbesserungen:
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- **MTTF erhöhen:** Fehlervermeidung, Fehlertoleranz
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- **MTTR verringern:** bessere Diagnose & Reparaturprozesse
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### 🧮 Fehlererkennung & Korrektur
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#### ✅ Hamming-Codes
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- **Hamming-Distanz 3:** Single Error Correction (SEC), Double Error Detection (DED)
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- SEC/DED:
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- Erkennt bis zu 2 Fehler
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- Korrigiert einen Fehler
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- ECC DRAM: Schützt 64 Bit mit zusätzlichen 8 Bit (insg. 72 Bit)
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### 🖥 Virtualisierung
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#### 📦 Virtuelle Maschinen (VMs)
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- Host-System emuliert Gastbetriebssystem & Hardware
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- Vorteile:
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- Isolation mehrerer Gäste
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- Bessere Ressourcennutzung
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- Sicherheit & Zuverlässigkeit
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- Beispiele:
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- **System-VMs:** VMware, VirtualBox
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- **Language-VMs:** JavaVM
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- **Container (lightweight):** Docker
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#### ⚙ Virtual Machine Monitor (VMM)
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- Verwaltet die Zuordnung von virtuellen zu physischen Ressourcen
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- Traps bei privilegierten Instruktionen
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- Emuliert Timer & I/O-Geräte für Gäste
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### 🗺 Virtueller Speicher (Virtual Memory)
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#### 🧱 Grundlagen
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- Nutzt Hauptspeicher als Cache für Festplatte
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- Programme erhalten eigenen **virtuellen Adressraum**
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- **Page Table:** Zuordnung virtueller zu physischer Adressen
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- **Page Fault:** Seite nicht im Speicher → OS lädt sie nach
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#### 🚀 Optimierungen
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- **Translation Lookaside Buffer (TLB):** Cache für Seitentabelleneinträge
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- **LRU (Least Recently Used):** Ersetzt selten genutzte Seiten
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- **Write-Back Cache:** Schreibt geänderte Seiten nur bei Ersetzung zurück
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### 🔥 Speicherhierarchie & Multiprozessoren
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#### 🏎 Cache-Kohärenz
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- Problem: mehrere Caches → inkonsistente Daten
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- Lösungen:
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- **Snooping-Protokolle:** Caches überwachen Busaktivitäten
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- **Directory-based Protokolle:** zentrale Verzeichnisse verwalten Status
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- **Memory Consistency:** Sicherstellen, dass alle Prozessoren Änderungen sehen
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### ⚠️ Fallacies & Pitfalls
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- Schlechte Speicherlokalität (z. B. Spaltenweise Iteration)
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- Geringe Assoziativität bei vielen Kernen → Konfliktmisses
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- VM-Implementierung auf ISAs ohne Virtualisierungs-Support erschwert
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### 📜 Fazit
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✅ **Fast memories are small, large memories are slow → Memory Hierarchy mit Caching notwendig**
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✅ Zuverlässigkeit durch Fehlertoleranz & Fehlerkorrektur verbessern
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✅ Virtualisierung & Virtual Memory: Schlüsseltechnologien moderner Systeme
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✅ Multiprozessorsysteme benötigen Kohärenzprotokolle
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### 📝 Für die Klausur merken
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✅ Unterschied Fault ↔ Failure ↔ Error
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✅ Hamming-Codes: SEC/DED, ECC
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✅ Vorteile/Nachteile von Virtualisierung
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✅ Virtual Memory: Page Table, TLB, Page Fault Handling
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✅ Cache-Kohärenz: Snooping vs. Directory-Protokolle
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✅ Bedeutung von LRU & Write-Back Caches
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