Prozessverwaltung

Question 1

Was gehört zum Kontext eines Prozesses?

Answer 1

Alle Infos, die der Prozess zur Ausführung benötigt (CPU)

Die Werte in den betreffenden Registern der CPU
Die Belegung des Caches mit Befehlen und Daten des Prozesses.
Die Belegung des Hauptspeichers mit Programmtext und Daten des Prozesses.

Question 2

Was passiert bei einem Kontextwechsel?

Answer 2

Ein Prozess verliert CPU

Der Kontext wird gesichert und der neue Kontext wird geladen

Question 3

Wie wird ein Prozess in Linux und Windows erzeugt?

Answer 3

Linux: fork()
kopiert Elternprozess
Windows: CreateProcess
startet neue Anwendung

Question 4

Prozesszustände

Answer 4

Bereit, blockiert, rechnend

Question 5

Die Registerinhalte bezeichnet man auch als

Answer 5

Hardware-Kontext.

Question 6

Thread Definition

Answer 6

nebenläufige Ausführungseinheit innerhalb eines Prozesses.

Alle Threads eines Prozesses teilen sich den gemeinsamen Adressraum dieses Prozesses
und können damit gleichermaßen auf Prozessdaten zugreifen und Programmcodes nutzen.

Question 7

Arten von Threads

Answer 7

Klassifizierung je nachdem, wo die Threads verwaltet werden:

Kernel-
User-
Hybride

Question 8

Vor- und Nachteile von Threads

Answer 8

Vorteil:
#schnellerer Threadkontextwechsel, da sie gleiche Speicherbereiche nutzen (kein BS - Overhead(
#Unterstützung von Parallelisierung der Prozessarbeit (sinnvoll bei mehreren CPUs)

Nachteile:
#Threads müssen threadsafe oder reentrant sein (=wenn Threads nebenläufige oder auch die folgende Ausführung eines weiteren Threads nicht beeinträchtigen)

Question 9

Scheduling

Answer 9

Zuteilung der CPUs auf Aktivitäten

Nach bestimmten Algorithmen

Question 10

Scheduling Ziele

Answer 10

• Fairness, d. h. für jeden Prozess eine garantierte Mindestzuteilung
• Effizienz durch möglichst volle Auslastung der CPU
• Die Antwortzeit soll minimiert werden
• Die Wartezeit von Prozessen soll minimiert werden
• Der Durchsatz soll optimiert werden
• Die Durchlaufzeit (Verweilzeit) eines Prozesses soll minimiert werden
• Die Ausführung eines Prozesses soll vorhersehbar und damit kalkulierbar sein.

Question 11

Klassifizierung von Scheduling - Verfahren

Answer 11

Preemptiv:
#Vorrang-Unterbrechung darf stattfinden

Nicht-Preemptiv:
#ein Prozess darf nicht unterbrochen werden, bis er seine Aufgaben vollständig erledigt hat

Question 12

Scheduling - Verfahren

Answer 12

#First Come First Serve (FCFS) (non-preemptive)
#Shortest Job First (SJF), auch als Shortest Process First (SPF) bzw. Shortest Process Next (SPN) (non-preemptive)
#Shortest Remaining Time Next (SRTN) (verdrängend) --> kürzeste verbleibende Restrechenzeit im System

#RoundRobin --> FCFS in Verbindung mit einer Zeitscheibe
#Priority Scheduling --> Prozess mit der höchsten Priorität

Question 13

Nachteile der Scheduling Verfahren

Answer 13

#Verhungern:
-SJF, SRTN

#Zeitbestimmung
-SJF, SRTN

Question 14

Atomare Aktion

Answer 14

Codebereiche, die in einem Stück ausgeführt werden müssen und (logisch) nicht unterbrochen werden dürfen

Question 15

Nebenläufigkeit

Answer 15

parallele oder quasi-parallele Ausführung von Befehlen auf einer CPU oder mehreren CPUs bzw. Rechnerkernen

Question 16

Race Conditions

Answer 16

Situationen, bei denen zwei oder mehr Prozesse gemeinsame Betriebsmittel nutzen und die Endergebnisse der Nutzung von der zeitlichen Reihenfolge der Operationen abhängen

Question 17

Kritische Abschnitte

Answer 17

Programmteile, die nicht unterbrochen werden dürfen.

Question 18

Problematische Eigenschaften nebenläufiger Programme

Answer 18

Blockieren, verhungern, verklemmen

Question 19

Synchronisationskonzepte

dass mehrere Prozesse keinen kritischen Abschnitt betreten

Answer 19

#sperren (keine richtige Lösung)
#TSL oder TAS (Test and Set Lock)
#Semaphore
#Mutex (binäres Semaphor)
#Zählsemaphor
#Monitor

Question 20

Monitor

Answer 20

Menge von Prozeduren und Datenstrukturen, die als Betriebsmittel betrachtet werden und mehreren Prozessen zugänglich sind, aber nur von einem Prozess zu einer Zeit benutzt werden können.

Question 21

Deadlock

Answer 21

Zwei oder mehr Prozesse halten jeder für sich ein oder mehrere Betriebsmittel belegt und versuchen ein weiteres zu belegen, das aber von dem anderen Prozess belegt ist.

Question 22

Bedingungen für einen Deadlock

Answer 22

#Mutual Exclusion für die benötigten Betriebsmittel
#Prozesse belegen Betriebsmittel und fordern weitere an
#Kein Entzug eines Betriebsmittels ist möglich
#Zwei oder mehrere Prozesse warten in einer Warteschleife (circular waiting) auf weitere
Betriebsmittel

Question 23

Umgang mit Deadlocks

Answer 23

#Erkennen und Beseitigen zur Laufzeit
#Abbrechen eines Prozesses/Threads
#Entziehen von Betriebsmittel

Question 24

Interprozesskommunikation Formen:

Answer 24

• Verbindungsorientierte versus verbindungslose Kommunikation
• Speicherbasierte versus nachrichtenbasierte Kommunikation
• Synchrone versus asynchrone Kommunikation
• Kommunikationskanal: Halbduplex- versus Vollduplex-Betrieb
• Varianten der Empfängeradressierung

Question 25

Was ist in der Prozessverwaltung ein PCB, wozu dient er und welche Inhalte hat er?

Answer 25

Ein Eintrag in der Prozesstabelle heißt Process Control Block (PCB).

# Infos zu Identifikation des Prozesses, 
# Prozesszustand
# Ressourcen zum Prozess (Dateien, offene Netzwerkverbindung)
# PC
# Priorität
#prozessnummer

Question 26

Wie verhalten sich Threads zu Prozessen im Hinblick auf die Nutzung des Prozess-
adressraums?

Answer 26

Threads erhalten den vollen Zugriff auf den zugehörigen Prozessadressraum

Question 27

Was bedeutet eine 1:n-Beziehung zwischen den Betriebsmitteln Prozess und Thread?

Answer 27

Ein Prozess kann mehrere Threads beherbergen

Question 28

Kann es unter Windows sein, dass ein Thread mehreren Prozessen zugeordnet ist?

Answer 28

Nein, ein Thread wird innerhalb eines Prozesses erzeugt und ist diesem bis zur Termi-
nierung zugeordnet.

Question 29

Welche zwei grundsätzlichen Implementierungsmöglichkeiten für Threads gibt es und
welche Vor- bzw. Nachteile haben diese jeweils?

Answer 29

Threads können auf der Benutzerebene implementiert werden. 
   # Vorteil: hohe Effizienz, da beim Thread-Kontextwechsel kein Umschalten in den Kernelmodus 
   # Nachteilig: alle Threads eines Prozesses blockieren, wenn ein Systemaufruf innerhalb eines einzelnen Threads blockiert.

Threads auf der Kernelebene:
    # Vorteil: BS kann die Zuteilung der Rechenzeit über Threads gestalten und so einen Prozess nicht unnötig blockieren.
    #Vorteil:  Prozess ist nicht blockiert, wenn ein Thread innerhalb des Prozesses blockiert ist
   # Nachteil: nicht so effizient , da Threads sich bei jedem Thread- Kontextwechsel an den Kernel wenden müssen (Software-Interrupt)

Question 30

Zustandsübergänge von Prozessen

Answer 30

• bereit → aktiv: Das Betriebssystem wählt den Prozess aus (Aktivieren)
• aktiv → bereit: Das Betriebssystem wählt einen anderen Prozess aus (Deaktivieren,
Preemption, Vorrangunterbrechung)
• aktiv → blockiert: Der Prozess wird blockiert (z. B. wegen Warten auf Input, Be-
triebsmittel wird angefordert)
• blockiert → bereit: Der Blockierungsgrund wird aufgehoben (Betriebsmittel
verfügbar)
• aktiv → beendet: Prozessbeendigung oder schwerwiegender Fehler (Terminieren
des Prozesses)

Question 31

Was sind Semaphore?

Answer 31

ein Konzept zur Lösung des Mutual-Exclusion-Problems auf Basis von Sperren.

Semaphor verwaltet intern eine Warteschlange für die Prozesse bzw. Threads, die gerade am Eingang eines kritischen Abschnitts warten müssen, und einen Semaphorzähler.

Question 32

Was ist ein Mutex im Sinne der Synchronisation konkurrierender Prozesse?

Answer 32

Vereinfachte binärer Semaphore

verfügt über eine Variable, die nur zwei Zustände, nämlich locked und unlocked annehmen kann

verwaltet keine Warteschlange für wartende Prozesse.