Prozessverwaltung

Einführung in die Prozessverwaltung

• Prozess: Abstraktion eines laufenden Programms.
• Motivation: Verständnis der Verwaltung von Prozessen, wichtig für Softwareentwicklung.

Agenda der Vorlesung

• Motivation
• Lernziele und Inhalt
• Prozesse und deren Zustände
• Unterbrechungen
• Zusammenfassung
• Lernzielkontrolle
• 1-Minuten Fragen

Lernziele

• Definition und Repräsentation von Prozessen verstehen.
• Prozesszustände benennen und interpretieren können.

Grundlagen von Prozessen

Programm vs. Prozess

• Programm: Folge von Anweisungen, gespeichert als Datei.
• Prozess: Ausführung eines Programms mit eigenem Kontext (Befehlszähler, Register, etc.).

Prozessmanager

• Aufgaben:
  • Erstellen und Löschen von Prozessen
  • Anhalten und Fortsetzen von Prozessen
  • Synchronisation von Prozessen
  • Scheduling und Prozesswechsel (Context Switch)

Multitasking

• Singletasking: Nur ein Prozess zur gleichen Zeit auf einer CPU.
• Multitasking: Schneller Wechsel zwischen Prozessen auf einer CPU, illusioniert Parallelität.

Parallelität vs. Nebenläufigkeit

• Parallelität: Gleichzeitige Ausführung, benötigt mehrere Prozessoren/Cores.
• Nebenläufigkeit: Unabhängige Ausführung, egal ob zeitlich durchmischt oder echt gleichzeitig.

Prozessmodell

• Prozesse als konzeptionelle eigene CPUs.
• CPU wechselt zwischen Prozessen, jeder Prozess hat eigenen logischen Befehlszähler.
• Adressraum: Speicherbereiche, die für den Prozess reserviert sind.

Prozesshierarchie und -erzeugung

• Prozesse können andere Prozesse erstellen (Eltern- und Kinderprozesse).
• Identifikation über Prozess-Id (PID).

Prozessdarstellung

• Process Control Block (PCB):
  • Enthält alle notwendigen Informationen zur Prozessausführung (Zustand, PID, Speichergrenzen, etc.).

Unterbrechungen

• Systemaufruf: Vom Prozess angefragt, um Dienste des Betriebssystems im Kernel Mode zu nutzen.
• Arten von Unterbrechungen:
  • System Call: Privilegierte Operationen z.B. Datei lesen
  • Interrupt: Von Hardware ausgelöst z.B. Netzwerkpaket
  • Exception: Fehler wie Division durch Null

Prozesszustände und -wechsel

• Zustände:
  • New
  • Ready
  • Running
  • Blocked/Waiting
  • Terminated
• Context Switch: Wechsel von Prozessen zur effizienten Nutzung der CPU.

Zusammenfassung

• Ein Prozess ist ein ausgeführtes Programm mit verwaltetem Kontext.
• Prozesse durchlaufen verschiedene Zustände und wechseln mittels Context Switches.
• Multitasking ermöglicht die scheinbare Parallelisierung von Prozessen auf einer CPU.

Lernzielkontrolle

• Zeichnen und Beschreiben von Zustandsmodellen.
• Unterschiede zwischen Programm und Prozess.
• Funktionsweise von Systemaufrufen und Unterbrechungen.
• Erklärung der Prozesszustände und des PCB.