Prozessverwaltung 1

Programme, die sich in Ausführung befinden

z.B. aktive Shell, Befehle wie ls, cat zur Ausführungszeit

• besitzen Enviornment

  • Prozessvariablen, die an Kindprozesse verebt werden

• und lokale Variablen

Prozesshierachie:

• können selbst nur von Elternprozessen erzeugt werden

• Sequenz von Anweisungen

• in Datei gespeichert

wenn in Ausführung wird Programm zu Prozess

• In der Regel läuft "gleichzeitig" eine Vielzahl von Prozessen.

• sollen "gerechten" Anteil an Hardwareressourcen erhalten, damit alle ihre Aufgabe sinnvoll erledigen können (Prozessverwaltung)

• Der Benutzer kann in gewissem Umfang in die Prozessverwaltung eingreifen

  (Befehle zur Prozessverwaltung).

Benutzerprozesse

• Anwendungsprogramme in Ausführung

Systemprozesse

• führen Dienste des OS aus

• häufig deamons

  • Hilfsprozesse, die ständig existieren

  • meist passiv

1. einem sich in Ausführung befindlichen Programm

2. lokalen Variablen

3. globalen (Umgebungs-)variablen (Environment)

   
   

   • Beim Abspalten eines Kindprozesses wird nur das Environment vererbt.

   • Welche Größen zum Environment gehören und welche Werte sie besitzen, hängt vom System, von der verwendeten Shell und von den vorangegangenen Befehlen ab.

• Hauptverantwortung Betriebssystem: Steuerung der Ausführung von Prozessen

• basiert auf Prozessmodell, das die Zustände die ein Prozess annehmen kann enthält

erster Schritt beim erstellen eines Programms für Prozesssteuerung:

• Beschreibung des Verhaltens, das Prozess zeigen soll

  • wird durch Modelle modelliert

• aktiv: wird zurzeit ausgeführt

• bereit: kann ausgeführt werden, wartet auf Ausführung

• blockiert: kann nicht ausgeführt werden, solange nicht bestimmtes Ereignis eintritt

• bereite Prozesse werden in Warteschlange geparkt

• wenn Prozessor frei wird wählt Ablaufplaner einen der wartenten Prozesse aus

• OS erstellt Datenstrukturen, die für Verwaltung des Prozesses verwendet werden und weist Prozess Adressraum im Hauptspeicher zu

• Erzeugung Prozess i.d.R. für Benutzer/Anwendungsprogramm transparent

• verwandte Prozesse müssen i.d.R. miteinander kommunizieren und kooperieren

• Neuer Batch Job

• Interaktives Anmelden

• Bereitstellung eines Dienstes durch OS erzeugt

• Erzeugung durch bereits bestehenden Anwendungsprozess

Computersystem muss es ermöglichen, dass Prozesse ihre Beendigung anzeigen

• Dienstanforderung an OS den anfordernden Prozess zu terminieren

• Fehlerbedingungen können ebenfalls zur Terminierung führen

• gerade erzeugt, noch nicht zur Gruppe der ausführbaren Prozesse zugelassen

• typischerweise noch nicht in Hauptspeicher geladen, noch im Sekundärspeicher

Terminiert:

• aus Gruppe der ausführbaren Prozesse aussortiert

• entweder gestoppt oder abgebrochen oder Fehler

• Die Tabellen und Informationen, die mit dem Prozess in Zusammenhang stehen, werden jedoch zeitweilig vom Betriebssystem aufrechterhalten, wodurch Hilfs- oder Unterstützungsprogramme die Gelegenheit erhalten, benötigte Informationen zu extrahieren.

• Sobald diese Programme die benötigten Informationen extrahiert haben, braucht das Betriebssystem die mit dem Prozess in Verbindung stehenden Daten nicht mehr aufrechtzuerhalten und der Prozess wird endgültig aus dem System gelöscht.

Gründe:

• Freigabe Hauptspeicher für (wichtigeren) Prozess

• Prozesse die Probleme verursachen

• Benutzerwunsch

Swapping

• Teil eines Prozesses oder ganzer Prozess wird auf Festplatte verschoben

• in Warteschlange für suspendierte Prozesse

Blockiert/Suspendiert

• Prozess im Sekundärspeicher und wartet auf bestimmtes Ereignis

Bereit/Suspendiert

• im Sekundärspeicher, für Ausführung verfügbar sobald in Hauptspeicher geladen

Unterscheidung um zu verhindern, dass noch blockierter Prozess zurück in Hauptspeicher geladen wird

• Änderung der Prozessorzuteilung

bei Echtzeitanwendungen müssen bestimmte Zeitvorgaben eingehalten werden

• sonst hohes Gefahrenpotential

gerade aktive Prozess pi gibt den Prozessor ab: freiwilliig oder unfreiwillig

Erforderliche Aktionen

1. bei unterbrochenen Prozessen: Sicherung des gesamten

   Prozesskontextes

2. Änderung des Zustands von Prozess pi in "bereit" oder "wartend"

3. Auswahl des nächsten zu aktivierenden Prozesses pj

1.  Änderung des Zustands von Prozess pj von "bereit" in "aktiv"

2. bei unterbrochenen Prozessen: Wiederherstellen des (vorher gesichterten) Prozesskontextes

Menge von Regeln zur Festlegung des nächsten zu bearbeitenden Rechenprozesses unter Einhaltung von Randbedingungen

• Ressourcen- /Zeitbeschränkungen

Randbedingungen eingehalten: gültige Schedule - sonst ungültig

Zielsetzung: optimaler Schedule

• mit Hilfe von Heuristiken

Gerechtigkeit Faire Aufteilung der Prozessorzeit auf die Prozesse

Durchsatz Ausführung möglichst vieler Prozesse pro Zeiteinheit

Ressourcenauslastung Möglichst gute Auslastung des Prozessors

Effizienz Effiziente Ausführung des Scheduling-Verfahrens

Durchlaufzeit Möglichst schneller Abschluss eines Prozesses

Antwortzeit Möglichst schnelle Reaktion auf Ereignisse

• Einhaltung Deadlines

• Determinismus

• Stabilität der Prozessorüberlastung

Ablauf auszuführender Prozesse wird vor der Ausführung des Systems festgelegt

Ablauf der auszuführenden Prozesse wird zur Laufzeit des Systems festgelegt

während der Ausführungszeit wird ununterbrochen ein und dieselbe Ressource belegt

präemptiver Ablaufplanung

eine Aufgabe darf während ihrer Ausführungszeit unter- brochen werden, um sie zu einem späteren Zeitpunkt weiter abzuarbeiten

Statische:

• Ratenmonotones Scheduling

Dynamische:

• nicht unterbrechend

  • First Come First Serve

  • Shortest Job First

  • Service in Random Order

• unterbrechend

  • Round Robin

  • Zeitscheiben mit Prioritäten

  • Multi-Level Queues

  • Langezeit Ablaufplaner

  • Earliest Deadline First

• statisch

• unterbrechend

• mit festen Prioritäten

Ratenmonotone Prioritätszuweisung

jeden Task wird Priorität entsprechend seiner Anforderungsrate zugewiesen unabhängig von Bearbeitungszeit

Planung nach Wartezeit:

Der am längsten wartende Prozess kommt zuerst an die Reihe

Vorteil: einfach

Nachteile:

• kurze Prozesse müssen auf lange warten

• keine Priorisierung

• setzt voraus dass Prozesse nach endlicher Zeit terminieren

• Betriebsmittel müssen den Prozessen während der gesamten Laufzeit kontinuierlich zur Verfügung stehen

Planung nach Laufzeit:

Der Prozess mit der kürzesten Laufzeit kommt zuerst an die Reihe

Vorteil:

• kleine Warteschlangen

• Prozess können Betriebsmittel entzogen werden wenn kürzerer Prozess in Warteschlange kommt

Nachteile:

• Länge eines Prozess erst bekannt wenn in Ausführung

• BEnutzer geben Schätzungen geringer an um eigenen Prozess zu favorisieren

• Prozesse mit langer Laufzeit werden ausgehungert

Prozesse werden in Warteschlange aufgereiht und mit FCFS abgearbeitet

ist Prozess nach fest vorgebener Zeitscheibe noch nicht beendet, wird er verdrängt und wieder eingereiht

bis Auftrag vollständig bedient ist

Vorteile:

• einfache Implementierung

Nachteile:

• schwierige Wahl der Zeitscheibe - meist erst im Betrieb experimentell optimiert

• zu kleine Zeitscheibe: hoher Overhead durch häufigen KOntextwechsel

• zu große Zeitscheibe: nachteilliger Effekt des FCFS - hohe durschnittliche Wartezeiten

jeder Prozess bekomt statisch eine Priorität zugeordnet

Prozesse im Ready Zustand werden zyklisch Zeitscheiben zugeordnet in denen CPU beansprucht werden kann

Länge der zugewiesenen Zeitscheiben proportional zur Prozesspriorität

Vorteil:

• Prozesse mit hoher Priorität favorisiert

Nachteil:

• schwierige Wahl Zeitscheiben

• Overhead durch häufigen Kontextwechsel

Adaptives Verfahren, das die Prozesse charakterisiert

• gibt eine Reihe von Warteschlangen, die nach Priorität gestaffelt sind

• 
  

Erweiterung Zeitscheibenverfahren

Prioritäten der einzelnen Prozesse nicht zeitlich invariant, sondern können sich dynamisch zur Systemlaufzeit ändern

übergeordneter Prozess, sammelt Daten über Systemablauf unf kennt zusätzliche Ranbedingungen

• kann bei Bedarf Prioritäten bestimmter Prozesse erhöhen oder erniedrigen

• um rechtzeitige Beendigung zu gewährleisten oder anderen Prozessen mehr CPU Zeit zuzuordnen

Dynamisch

unterbrechend

mit variablen Prioritäten

Prioritätszuweisung:

• höchste Priorität für Tasks mit der nächsten Deadline

Vorteil:

• auch bei 100% Prozessorauslastung liefert EDF bei periodischen Tasks stets gültige Schedules

Nachteile:

• aufwändig zu berechnen

• Zeitverhalten bei Überlast nicht mehr vorhersagbar

Problem:

• aperiodische Tasks

• Einhaltung von Deadlines nur dann garantiert wenn Mindestabstand von zwei aufeinanderfolgenden Anforderungen bekannt ist

Lösung:

• wie periodische Tasks behandeln

Nachteil:

• fest reservierte Rechenzeit bleibt in der Regel ungenutzt