Computerzustands

Der Begriff Computerzustand bezeichnet in der Informatik den vollständigen Zustand eines Computers oder eines computerbasierten Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein Zustand umfasst alle relevanten Informationen, die nötig sind, um das zukünftige Verhalten des Systems anhand eines gegebenen Modells abzuleiten. In formalen Modellen genügt der Zustand, um die nächste Entwicklung eindeutig festzulegen.

Gehört zum Zustand hardwarebezogenes Material wie der Inhalt des Arbeitsspeichers, Registerinhalte, Programmzähler sowie der Zustand von Peripheriegeräten; softwareseitig etwa die Werte von Variablen, Datenstrukturen, Heap- und Stack-Inhalte sowie laufende Funktionsaufrufe und Programmlaufzeitinformationen.

Zustandsmaschinen: Viele Systeme werden als Zustandsmaschinen modelliert, bei denen ein endlicher Satz von Zuständen und Übergängen zwischen ihnen existiert. Ereignisse oder Eingaben lösen Zustandswechsel aus. Das Modell hilft, Verhalten zu analysieren, Fehler zu vermeiden und Systeme übersichtlich zu steuern.

Lebenszyklus und Leistungszustände: In der Praxis unterscheiden Computer häufig verschiedene Leistungs- oder Power-Zustände. Ein gängiges Modell ist die ACPI-Spezifikation mit Zuständen wie S0 (Arbeitszustand), S3 (Speicher im RAM, Standby) und S4 (Hibernate) sowie S5 (Herunterfahren). Moderne Systeme nutzen zusätzlich Tiefeneinstellungen wie S0ix.

Softwaredesign: Zustände spielen auch in der Software eine zentrale Rolle. Stateless-Architekturen vermeiden persistente Zustände zwischen Anfragen, während stateful Systeme explizit Zustand speichern. Persistenzmechanismen wie Dateisysteme, Datenbanken oder Checkpoints sichern Zustandsinformationen über Neustarts hinweg. Fehlerbehandlung und Wiederherstellung hängen stark vom Zustand ab.

Auswirkungen: Die Verwaltung von Zuständen beeinflusst Systemzuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit und Parallelität. Bei verteilten Systemen ist der Zustand oft repliziert oder rekonfigurierbar, um Konsistenz zu wahren.