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TI-Studium-Mitschriften/Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 11.md
2025-07-07 19:57:44 +02:00

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