Technische Praxis der Computersysteme Teil 1 - Universität Wien

2.2 Multitasking 2 TECHNISCHE EINLEITUNG
Grundlegendes Linux-Design
Trennung:
– Kernel-Modus (privilegiert)
– User-Modus (nichtprivilgiert)
– benötigt ≥ 80386
modularer Betriebssystemkern
geschichtetes Betriebssystem
Server-Client-Architektur (Netzwerkfähigkeit)
– Ausfallssicherheit
– Protokollierung
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dem Kontextwechsel nichts ereignet (natürlich ausser Änderungen, die ausserhalb seiner
Kontrolle liegen).
Gründe dafür, einen laufenden Prozeß zu unterbrechen sind:
Der dem Prozeß zustehende Anteil an verfügbarer CPU-Zeit (Zeitscheibe) ist abgelaufen.
Das Betriebssystem führt einen Kontextwechsel durch und zwar ohne daß der
Prozeß selbst etwas tun muß oder sich dagegen wehren könnte. Dieses Verfahren wird
präemptive Ablaufkontrolle (preemptive scheduling) genannt und stellt damit sicher,
daß kein Prozeß auf Kosten aller anderen Prozesse die alleinigen Ausführungsrechte
okkupieren könnte.
Ein Prozeß möchte auf eine Ressource zugreifen, die (derzeit) nicht vorhanden ist oder
etwas Zeit zur Bereitstellung erfordert. Ein prominentes Beispiel dafür sind alle Arten
von Ein-/Ausgabeanweisungen.
Der Prozeß wird durch eine Intervention angehalten (dies kann auf verschiedene Weisen
durch einen anderen anderen Prozeß oder auch durch einen Benutzer mit den
entsprechenden Berechtigungen geschehen).
Ein typisches Beispiel für den zweiten Punkt ist das folgende: Ein Prozeß will einen Block
einer Datei von einer Festplatte lesen. Das Betriebssystem muss (über Treiber und Plattencontroller)
die Daten von der Festplatte einlesen und der Prozeß ist gezwungen, auf die
Daten zu warten. Tatsächlich macht MsDOS (und auch DOS/Windows) dies so, was nichts
anderes bedeutet, als daß der Prozeß in dieser Zeit Däumchen dreht. Etwas technischer wird
dies auch aktives Warten (Active Waiting) oder Polling genannt. Bei Unix (und allen anderen
Multitasking Betriebssystemen) wird dem aktiven Warten durch einen Kontextwechsel
entgangen; auch versucht man auf anderer Ebene diesem gezwungenen Stillstand durch eine
Datenanforderung zu entgehen, indem zB die Daten strategisch günstig von der Festplatte
gelesen werden.
Threads: Die Aufteilung von Systemaufgaben in einzelne Prozesse ist also ein Mittel,
Ressourcen effektiv (ohne aktives Warten) zu organisieren. Dieselbe Strategie, auf das Niveau
der Prozesse selbst angewandt, führt zur Idee der Threads. Ein Thread verhält sich von der
Organisation der Rechenzeit her genauso, wie wir bislang einen Prozeß beschrieben haben.
Tatsächlich besteht auch jeder Prozeß aus mindestens einem Thread. Threads können aber
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