CPUPlanung

CPUPlanung bezeichnet den Prozess, in dem ein Betriebssystem entscheidet, welcher Prozess oder Thread als Nächstes die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) verwenden darf. Ziel der CPUPlanung ist eine effiziente Ressourcennutzung, kurze Reaktionszeiten, hohen Durchsatz und Fairness zwischen Prozessen. Dabei spielen Prioritäten, Zeitbeschränkungen, I/O-Blocking und unterschiedliche Prozessarten eine Rolle.

Der Scheduler verwaltet Zustandsinformationen der Prozesse, typischerweise Ready-, Running- und Blocked-Zustände. Aus der Ready-Queue wählt er den nächsten Prozess aus, führt einen Kontextwechsel durch und startet ihn. Wichtige Größen sind CPU-Burst, Priorität und Deadlines. Preemptive Scheduling erlaubt Unterbrechungen durch höhere Priorität oder Quanten, non-preemptive Scheduling lässt den Prozess bis zum Abschluss laufen.

Zu den gängigen Algorithmen gehören FCFS (First-Come, First-Served), SJF/SRTF (Shortest Job Next/Shortest Remaining Time), Prioritätsplanung (mit oder ohne Präemption) und Round-Robin mit festem Zeitquantum. Multilevel-Queue- und Multilevel-Feedback-Queue-Strategien kombinieren mehrere Ebenen. Aging verhindert Verhungern. In Echtzeitsystemen kommen RMS (Rate-Monotonic) und EDF (Earliest-Deadline-First) zum Einsatz.

Leistungskennzahlen sind Durchsatz, mittlere Wartezeit, mittlere Turnaround-Zeit, Reaktionszeit, CPU-Auslastung und Fairness. Auf Mehrkernsystemen spielen Lastverteilung, CPU-Affinität und Overhead durch Kontextwechsel eine größere Rolle. Verhinderung von Verhungern, Vorhersage von Blockierungen und Stabilität der Antwortzeiten sind zentrale Designziele.

Anwendungen der CPUPlanung finden sich in Desktop- und Serversystemen, eingebetteten Systemen sowie in Echtzeitsystemen. Linux verwendet beispielsweise den Completely Fair Scheduler (CFS); Windows setzt auf einen hybriden Scheduler; Android nutzt ähnliche Prinzipien mit Fokus auf Responsiveness. Die Wahl des Scheduling-Algorithmus beeinflusst Reaktionszeiten, Durchsatz und Energieverbrauch erheblich.