Scheduling Vortrag

Motivation

• Problem: Nur eine CPU für mehrere Prozesse.
• Ziel: Quasi-Parallelität durch effizientes Scheduling.
• CPU ist oft untätig, wenn Prozesse auf I/O-Operationen warten.

Lernziele

• Erkennen der Notwendigkeit von Scheduling.
• Beschreibung und Bewertung von Schedulingstrategien.

Grundlagen des Scheduling

• Ready Queue: Warteschlange für rechenbereite Prozesse.
• Scheduler: Entscheidet, welcher Prozess als nächstes die CPU erhält.
• Context Switch: Prozesswechsel, der einen zusätzlichen Aufwand mit sich bringt.
  • Schritte: Wechsel zum Kernelmodus, Speichern des Zustands, Auswahl nächster Prozess, Laden des neuen Prozesses, Rückkehr zum Benutzermodus.

Threads

• Prozesse können mehrere Threads haben (leichter zu erzeugen und wechseln).
• Threads teilen sich Prozessumgebung, aber nicht Stacksegment.
• Beispiel: Textverarbeitung hat mehrere Threads (Anzeige, Eingabe, Auto Save).

Scheduling-Ziele

• Maximale CPU-Auslastung und Durchsatz.
• Minimale Verweil- und Wartezeiten.
• Reaktionszeit in interaktiven Systemen.

Scheduling-Verfahren

• Nicht-preemptiv: Prozess läuft bis zum Blockieren oder freiwilligen Beenden.
• Preemptiv: CPU kann entzogen werden, wenn z.B. Zeitscheibe abläuft.

Scheduling-Algorithmen

• First-Come-First-Serve (FCFS): First-in, First-out Prinzip, nicht-preemptiv.
• Shortest-Job-First (SJF): Kürzester Prozess zuerst, nicht-preemptiv.
• Shortest-Time-Remaining (STR): Preemptive Version von SJF.
• Round Robin (RR): Zuteilung per Zeitscheibe, stark von Zeitscheibenlänge abhängig.
• Priority Scheduling: Prozesse erhalten Prioritäten, Aushungerung möglich.
• Multilevel-Feedback-Queue (MLFQ): Mehrere Queues mit unterschiedlichen Prioritäten und Zeitmultiplexen.

Zusammenfassung

• Entscheidung beim Umschalten von Prozessen, welcher Prozess die CPU erhält.
• Verschiedene Algorithmen optimieren unterschiedliche Metriken (z.B. Wartezeit).

Lernzielkontrolle

• Durchführung und Analyse verschiedener Schedulingverfahren anhand von Beispielen.
• Verständnisfragen zu Scheduler, Dispatcher und Kontextwechsel.

1-Minute Fragen

• Reflexion über das Gelernte und Identifikation von Unklarheiten.