3.2.10 Scheduling
Beim Scheduling geht es um die Zuteilung des Betriebsmittels CPU zu den einzelnen Prozessen.
Definition: Scheduling
Unter Scheduling (genauer: Prozess-Scheduling oder CPU-Scheduling) versteht man die Tätigkeit des Aufteilens der verfügbaren Prozessorzeit auf alle Prozesse.
Es sei an die im Kapitel Nur ein Prozessor mit einem Kern genannte Bedingung erinnert.
Definition: Scheduler
Unter einem Scheduler (genauer: Prozess-Scheduler oder CPU-Scheduler) versteht man den Teil des Betriebssystems, welcher die Scheduling-Tätigkeit durchführt.
Der Scheduler ist somit dafür zuständig zu entscheiden, welcher Prozess als nächstes die CPU zugeteilt bekommt. Die Umsetzung dieser Entscheidung obliegt dem Dispatcher.
Definition: Dispatcher
Unter einem Dispatcher versteht man den Teil eines Betriebssystems, welcher bei einem Kontextwechsel dem derzeit aktiven Prozess die CPU entzieht, um sie anschließend dem nächsten Prozess zuzuteilen.
Die folgende Abbildung zeigt den zeitlichen Verlauf auf der CPU: Bei jedem Kontextwechsel entscheidet der Scheduler darüber, welcher Prozess als nächstes die CPU zugeteilt bekommt, der Dispatcher führt anschließend den Wechsel vom "alten" zum "neuen" Prozess auf der CPU durch.
Man kann sich leicht vorstellen, dass der Dispatcher bei einem Kontextwechsel eine Reihe von kleinen Dingen erledigen muss.
Aufgabe 1
Überlege, recherchiere und diskutiere in deiner Lerngruppe, um eine Liste mit kleinen Tätigkeiten zusammenzustellen, welche der Dispatcher bei einem Kontextwechsel zu erledigen hat!
Bei der Bearbeitung dieser Aufgabe ist es ausdrücklich erwünscht, dass in der erstellten Liste Fachbegriffe verwendet werden. Hier ein Beispiel für eine kleine Tätigkeit mit Fachbegriffen:
- Der Dispatcher ändert innerhalb der Prozesstabelle im Prozesskontrollblock des von der CPU scheidenden Prozesses den Zustand von Rechnend auf Bereit bzw. auf Blockiert.
Definition: Non-preemptive Scheduling
Man spricht von non-preemptive Scheduling (oder auf Deutsch: nicht-unterbrechendes Scheduling oder nicht-verdrängendes Scheduling), wenn ein Prozess die exklusive Nutzung der CPU nur dann aufgeben muss, wenn er
- in den Zustand Blockiert wechselt,
- freiwillig und von selbst die CPU abgibt, oder
- sich selbst beendet.
Hierbei ist es also denkbar, dass ein Prozess, sobald er die CPU bekommt, diese erst wieder bei seiner Terminierung abgibt, egal wie lange es bis dahin dauert. Alle weiteren Prozesse müssen sich unter Umständen also sehr lange gedulden.
Definition: Preemptive Scheduling
Man spricht von preemptive Scheduling (oder auf Deutsch: unterbrechendes Scheduling oder verdrängendes Scheduling), wenn einem Prozess die exklusive Nutzung der CPU zu einem beliebigen Zeitpunkt entzogen werden kann, um sie einem anderen Prozess zu übertragen.
Üblicherweise wird die Prozessorzeit dabei in kleine Zeiteinheiten eingeteilt und (spätestens) am Ende einer Zeiteinheit entscheidet der Scheduler neu darüber, welcher Prozess als nächstes die CPU bekommt.
Diese kleine Zeiteinheit ist in der Literatur unter verschiedenen Namen anzutreffen:
Definition: Zeitscheibe (Quantum)
Unter einer Zeitscheibe oder einem Quantum versteht man den (i.d.R. sehr kleinen) zusammenhängenden Zeitraum, innerhalb dessen ein Prozess auf einem preemptiven Betriebssystem die CPU nutzen darf, ohne dabei von einem anderen Prozess verdrängt zu werden.
Innerhalb eines Quantums ist es möglich, dass der auf der CPU aktive Prozess durch Interrupts unterbrochen wird. Jedoch bekommt er nach der Abarbeitung der jeweiligen Interruptbehandlungsroutine die CPU zurück und darf diese weiter nutzen; maximal bis das Quantum aufgebraucht ist. (Siehe hierzu auch die folgende Aufgabe:)
Aufgabe 2
Bei den Erläuterungen zum preemptiven Scheduling heisst es: "(spätestens) am Ende einer Zeiteinheit entscheidet der Scheduler neu".
Nenne mindestens zwei Gründe, warum der Scheduler auch schon früher als "am Ende der Zeiteinheit" eine Scheduling-Entscheidung treffen könnte/müsste.
Aufgabe 3
Ist es beim unterbrechenden Scheduling denkbar, dass am Ende der Zeitscheibe der Scheduler dem gerade aktiven Prozess erneut die CPU zuteilt, ohne dass zwischendurch ein anderer Prozess an der Reihe war?
Diskutiere mögliche dafür- oder dagegen-sprechende Gründe in deiner Lerngruppe!
Aufgabe 4
Denke dir folgende Situation: Der gerade auf der CPU aktive Prozess blockiert.
- Gib drei mögliche Gründe an, warum der Prozess blockiert.
In dieser Situation kommen Scheduler und Dispatcher ins Spiel. Aber in welcher Reihenfolge?
- Erst der Scheduler und dann der Dispatcher?
- Oder erst der Dispatcher und dann der Scheduler?
- Oder ist der Dispatcher ein Teil des Schedulers und wird aus diesem heraus aufgerufen?
- Oder ist der Scheduler ein Teil des Dispatchers und wird aus diesem heraus aufgerufen?
- Oder fällt dir noch eine andere Variante ein?
Diskutiere die Varianten in deiner Lerngruppe und begründe deine Entscheidung!
So geht es weiter:
Alternative Webquelle zum Thema
Operating Systems: CPU Scheduling
http://www.cs.uic.edu/~jbell/CourseNotes/OperatingSystems/6_CPU_Scheduling.html
Dr. John T. Bell
Department of Computer Science
University of Illinois, Chicago
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