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Systeme 1 Kapitel 4 Prozesse WS 2009/101. Letzte Vorlesung Festplatten – Layout Realisierung von Dateien – Zusammenhängend Schnell, einfach Problem: Fragmentierung.

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1 Systeme 1 Kapitel 4 Prozesse WS 2009/101

2 Letzte Vorlesung Festplatten – Layout Realisierung von Dateien – Zusammenhängend Schnell, einfach Problem: Fragmentierung Verwendung: CD-ROM – Verkettete Listen Keine Fragmentierung, sequentielles Lesen Problem: Wahlfreier Zugriff (langsam) Verwendung: FAT (Windows) WS 2009/102

3 Letzte Vorlesung Realisierung von Dateien – I-Nodes I-Node nur im Speicher, falls Datei offen Verwendung: UNIX Realisierung von Verzeichnissen Verwaltung freier Plattenblöcke WS 2009/103

4 Multitasking auf Ein-Prozessor Systemen Prozessoren sind so leistungsfähig, dass die pseudo-parallele Ausführung mehrerer Prozesse schnell genug abläuft. Viele Prozesse können den Prozessor ohnehin nicht permanent nutzen. – Viel Zeit wird mit Warten auf Ein-/Ausgaben verbracht: z.B.: Lesen von Festplatten ist um ein Vielfaches langsamer als die Ausführungsgeschwindigkeit des Prozessors. WS 2009/104

5 Multitasking auf Ein-Prozessor Systemen Getrennte Ausführung: Pseudo-Parallele Ausführung: WS 2009/105 Programm 1 Programm 2 Programm 3

6 Zerlegung in Teilaufgaben Zerlegung einer Gesamtaufgabe in Teilaufgaben, die in getrennten Prozessen laufen, ist häufig ein natürliches Vorgehen. Prinzipiell ist Zusammenfassung in ein einziges Programm immer möglich. Aber: – Durch Zerlegung (automatische) Aufteilung der Rechenzeit unter verschiedenen Teilaufgaben durch Betriebssystem (Scheduling). – Wartezeiten auf Ein- / Ausgaben können durch andere Prozesse genutzt werden. – Ein-Programm-Lösung mit gleicher Funktionalität hätte häufig verworrene Kontrollstruktur (Spaghetti-Kode). WS 2009/106

7 Prozesse Prozess – Programm in Ausführung – Zu jedem Prozess gehört ein Adressraum: zugeordneter Arbeitsspeicher mit minimalen und maximalen Adressen Enthält – Ausführbares Programm, Programmdaten und Kellerspeicher (Stack) – Informationen über aktuellen Programmzustand: Inhalt von Prozessorregistern: – Programmzähler, allg. CPU-Register, Akkumulator – Stack pointer Verwaltungsinformationen zu geöffneten Dateien,... – Wenn ein Prozess inaktiv ist, werden diese Informationen in einer Prozesstabelle gespeichert. Wenn ein Prozess aktiviert wird, kann so sein alter Zustand wieder hergestellt werden (Activation Record). WS 2009/107

8 Prozesswechsel Kooperatives Multitasking – Jedem Prozess ist es selbst überlassen, wann er die Kontrolle über den Prozessor an den Kern wieder zurückgibt. – Vorteil: Einfacheres Betriebssystem. – Nachteil: Auf gutmütige Programme angewiesen. – Bsp.: Windows 95 / 98 / ME und MacOS bis einschl. 9 Präemptives Multitasking – Neuzuteilung des Prozessors kann in regelmäßigen Zeitintervallen vom Betriebssystem erzwungen werden. – Vorteil: Steuerung durch das Betriebssystem – Nachteil: Komplexeres Betriebssystem Nebenläufigkeit und wechselseitiger Ausschluss – Bsp.: Windows NT / 2000 und neuer, Linux WS 2009/108

9 Prozesswechsel WS 2009/109 Code Prozess 1 Code Prozess 2 Daten Prozess 1 Daten Prozess 2 Activ. rec. Prozess 2 Activ. rec. Prozess 1 PC Register Stack pointer Prozesstabelle Schritt 1: Prozess 1 wird ausgeführt. Hauptspeicher CPU

10 Prozesswechsel WS 2009/1010 Code Prozess 1 Code Prozess 2 Daten Prozess 1 Daten Prozess 2 Activ. rec. Prozess 2 Activ. rec. Prozess 1 PC Register Stack pointer Prozesstabelle Schritt 2: Activation record von Prozess 1 wird in die Prozesstabelle geschrieben. Hauptspeicher CPU

11 Prozesswechsel WS 2009/1011 Code Prozess 1 Code Prozess 2 Daten Prozess 1 Daten Prozess 2 Activ. rec. Prozess 2 Activ. rec. Prozess 1 PC Register Stack pointer Prozesstabelle Schritt 3: Activation record von Prozess 2 wird aus der Prozesstabelle geladen. Hauptspeicher CPU

12 Prozesswechsel WS 2009/1012 Code Prozess 1 Code Prozess 2 Daten Prozess 1 Daten Prozess 2 Activ. rec. Prozess 2 Activ. rec. Prozess 1 PC Register Stack pointer Prozesstabelle Schritt 4: Prozess 2 wird ausgeführt. Hauptspeicher CPU

13 Prozesszustände Modell mit 5 Zuständen – Neu: Prozess wurde erzeugt, ist aber noch nicht gestartet. – Bereit: Rechenbereit, aber Prozessor ist diesem Prozess nicht zugeteilt. – Aktiv: CPU ist dem Prozess zugeteilt. – Blockiert: Nicht in der Lage weiterzuarbeiten, wartet auf ein Event (z.B. E/A) – Terminiert WS 2009/1013

14 Prozesszustände WS 2009/1014 neubereitaktiv blockiert terminiert Zulassung Zuteilung Freigabe Timeout Warten auf Ereignis trifft ein

15 Warteschlange wartender Prozesse WS 2009/1015 Prozessor Zuteilung Bereit-Warteschlange Warteschlange Ereignis 1 Warteschlange Ereignis n Freigabe Timeout Warten auf Ereignis 1 Warten auf Ereignis n Zulassung


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