Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03138.jsonl.gz/2008

Prozeß-Scheduling
In Multitasking-Betriebssystemen ist ein spezieller Prozeß notwendig, der
aus den bereiten Prozessen den nächsten aktiven Prozeß auswählt.Sobald mehr als ein Prozeß den Zustand "bereit" besitzt, muß der Scheduler des Betriebssystems entscheiden, welcher Prozeß die CPU erhält (wir gehen zur Vereinfachung von einem System mit nur einem Prozessor aus). Kriterien für einen guten Scheduler sind:
- Gerechtigkeit: Jeder Prozeß erhält einen "gerechten" CPU-Anteil
- Effizienz: Die CPU sollte immer zu 100% ausgelastet sein
- Antwortzeit: Minimale Antwortzeit für interaktive Benutzer
- Verweilzeit: Angemessen kurze Verweilzeit für Batch-Aufträge
- Durchsatz: Möglichst viele Aufträge/Zeitraum abarbeiten
- Terminerfüllung: Bereitstellung bestimmter Ergebnisse zu festgelegten Zeitpunkten
Bei Multitasking-Betriebssystemen werden zwei Grundsysteme für das Scheduling
unterschieden:
- kooperatives Multitasking (non preemptive)
Der aktive Prozeß gibt von sich aus die CPU zu einem geeigneten Zeitpunkt
frei. Es ist nur ein geringer Verwaltungsaufwand nötig. Es besteht jedoch
die Gefahr, daß ein "unkooperativer" oder fehlerhafter Prozeß
alle anderen Prozesse blockiert.
- verdrängendes Multitasking (preemptive)
Der Scheduler kann einem Prozeß die CPU entziehen (z. B. ausgelöst durch
einen Timer-Interrupt). Dadurch kann die Bearbeitung dringlicherer Aufgaben jederzeit
begonnen werden (z. B. bei Echtzeit-BS). Ein fehlerhafter Prozeß kann das
System nicht blockieren.
Anstoß für den Prozeßwechsel durch Verdrängung:
- Zeitgesteuerte Strategien
Jeder Prozeß erhält die CPU für eine bestimmte Zeitspanne (Zeitscheibe).
Danach wird die CPU dem nächsten Prozeß zugeteilt (Zeitscheibenverfahren,
round robin).
- Ereignisgesteuerte Strategien
Ein Prozeßwechsel findet statt, wenn ein Ereignis (z. B. ein Hardwareinterrupt)
einen anderen Prozeß benötigt. Hier werden allgemein den einzelnen Prozessen
Prioritäten zugeordnet, die sich dynamisch ändern. Ein bestimmtes Ereignis
verleiht "seinem" Prozeß eine höhere Priorität.
Scheduling-Strategien
Bei kooperativem Multitasking oder ereignisgesteuerten Schedulern wird die Zuteilungsstrategie
über Prioritäten gesteuert, wobei man beim kooperativen System von relativem
Vorrang spricht (der erst nach Freigabe der CPU durch den aktiven Prozeß
wirksam wird) und beim ereignisgesteuerten System vom absoluten Vorrang (der sofort
zum Prozeßwechsel führt).
Die Zeitscheibensteuerung kann als Sonderfall der Ereignissteuerung betrachtet
werden, das Ereignis ist in diesem Fall der Ablauf der zugeteilten Zeitscheibe.
Einige Strategien, die in der Praxis verwendet werden, sind:
- Wer zuerst kommt, wird zuerst bedient (first come, first served):
Verteilung der Prioritäten nach Ankunftszeit, ohne Vorrechte. Kommen
zwei Prozesse genau gleichzeitig, wird eine zufällige Auswahl getroffen.
Gute Systemauslastung, aber schlechtes Antwortzeitverhalten (lang laufende Prozesse
behindern Kurzläufer). Einfach zu implementieren.
- Zeitscheibenverfahren (round robin):
Jeder Prozeß erhält eine feste Zeitspanne (time slice) zugeordnet.
Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird er verdrängt und der nächste Prozeß
erhält die CPU --> zyklische Zuteilung. Alle Prozesse haben immer die gleiche
Priorität. Die Zeitspanne kann konstant sein oder abhängig von der
Prozessorbelastung variieren. Kurze Antwortzeiten bei kleinen Zeitscheiben,
aber dann höhere Verluste durch die häufigen Prozeßwechsel.
- Prioritätssteuerung:
Jedem bereiten Prozeß wird eine Priorität zugeordnet. Vergabe der CPU in absteigender
Priorität. Ein Prozeß niedrigerer Priorität kann die CPU erst erhalten, wenn alle
Prozesse höherer Priorität abgearbeitet sind. Ein bereit werdender Prozeß höherer
Priorität verdrängt einen aktiven Prozeß niedrigerer Priorität. Alle Prozesse
gleicher Priorität werden i.a. in jeweils einer eigenen Warteschlange geführt
Realisierung mehrerer unterschiedlicher Verfahren, z. Teil gemischt mit anderen
Strategien , z. B.
- Reine Prioritätssteuerung: Prozesse gleicher Priorität werden nach der
Eingangsreihenfolge abgearbeitet (z. B. in Echtzeit-BS)
- Prioritätsgesteuerung mit unterlagertem Zeitscheibenverfahren:
Prozesse gleicher Priorität werden nach dem Zeitscheibenverfahren abgearbeitet
- Dynamische Prioritätsvergabe:
Die Priorität auf die CPU wartender Prozesse wird allmählich erhöht
- Mehrstufiges Herabsetzen (multilevel feedback):
Festlegung einer maximalen Rechenzeit für jede Prioritätsstufe. Hat ein Prozeß
die max. Rechenzeit seiner Priorität verbraucht, bekommt er die nächstniedrigere
Priorität, bis er die niedrigste Stufe erreicht hat.
- Es gibt noch zahlreiche weitere Scheduling-Strategien.
In Dialogsystemen wird normalerweise Round Robin verwendet, um den Benutzern akzeptable
Antwortzeiten zu bieten. Bei Batchbetrieb und gemischten Systemen kommen oft Kombinationen
der o. g. Strategien vor - z. B. getrenntes Scheduling für Dialog- und Batchbetrieb.