Einführung in die CPU-Scheduling¶

📚 1️⃣ Einführung¶

CPU-Scheduling bestimmt, welcher Prozess die CPU bekommt und wann.
Da mehrere Prozesse gleichzeitig um die CPU konkurrieren, muss das Betriebssystem faire und effiziente Zuweisungen treffen.

🔑 Wichtige Begriffe¶

Prozesszustände: Ready, Running, Blocked
Workload: Menge von Jobs mit Ankunftszeit, Laufzeit, I/O-Bedarf
Scheduler: Wählt, welcher Prozess als nächster läuft
Wichtige Metriken:

Englischer Begriff	Beschreibung	Formel
Throughput	Anzahl abgeschlossener Prozesse pro Zeiteinheit	\(Throughput=\frac{Gesamtzeit}{Anzahl der abgeschlossenen Prozesse}\)
Waiting Time	Zeit, die ein Prozess in der Ready-Queue verbringt	\(Waiting Time=Turnaround Time−Burst Time\)
Response Time	Zeit von der Ankunft bis zum ersten CPU-Zugriff	\(Response Time=Startzeit−Ankunftszeit\)
Fairness	Gleichmäßige Verteilung der CPU-Zeit auf Prozesse	Keine feste Formel, wird durch Scheduling-Strategien bestimmt
Turnaround Time (TAT)	Zeit von Ankunft → Abschluss eines Prozesses	\(Turnaround Time=Completion Time−Arrival Time\)

🔑 2️⃣ Wichtige Konzepte¶

Prozess-Queues: Das OS verwaltet Prozesse mit Ready-Queues und Blocked-Queues.
Wichtige CPU-Scheduling-Strategien:
- First-Come, First-Served (FCFS): Prozesse werden in der Reihenfolge ausgeführt, in der sie ankommen.
- Shortest Job Next (SJN): Der kürzeste Prozess wird zuerst ausgeführt.
- Round Robin (RR): Jeder Prozess bekommt eine feste Zeit auf der CPU (Zeitscheibenverfahren).
- Priority Scheduling: Prozesse mit hoher Priorität laufen zuerst.

⚙️ 3️⃣ Mechanismen und Strategien¶

Preemptive vs. Non-Preemptive Scheduling:
- Preemptive: Das OS kann einen laufenden Prozess unterbrechen und einen anderen starten.
- Non-Preemptive: Ein Prozess läuft, bis er von selbst fertig ist.
CPU-Burst vs. I/O-Burst: Prozesse wechseln zwischen CPU-Auslastung und I/O-Wartezeit.

📈 4️⃣ Beispiel¶

Round-Robin mit Zeitscheiben:
Wenn die Zeitscheibe 100 ms beträgt, wird ein Prozess nach 100 ms unterbrochen und der nächste darf laufen.

🎯 5️⃣ Fazit¶

Scheduling-Algorithmen beeinflussen Systemleistung und Reaktionszeit.
Kein Algorithmus ist perfekt – das OS wählt je nach Zielsetzung (z. B. Fairness, Latenz, Durchsatz) den besten.