Multitasking
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Multitasking bezeichnet die Fähigkeit eines Betriebssystems, mehrere Aufgaben (Tasks) nebenläufig auszuführen. Dabei werden die verschiedenen Prozesse in so kurzen Abständen immer abwechselnd aktiviert, dass der Eindruck der Gleichzeitigkeit entsteht. Vorläufer des Multitasking ist die Multiprogrammierung (englisch Time-Sharing) mit dem Ziel einer höhereren CPU-Auslastung im Gegensatz zur sequenziellen Ausführung der Aufgaben bei Stapelverarbeitung. Bei der Multiprogrammierung findet der Kontextwechsel der Programme mit dem Zugriff auf periphere Geräte statt, da dabei zwangsläufig Wartezeit entstand. Erste Ansätze basieren auf dem Konzept von Christopher Strachey aus dem Jahr 1959.
Die heutzutage am häufigsten angewendete Methode ist das präemptive Multitasking, bei dem der Betriebssystemkern die Abarbeitung der einzelnen Prozesse steuert (siehe unten) und jeden Prozess nach einer bestimmten Abarbeitungszeit zu Gunsten anderer Prozesse anhält. Eine beliebte Umsetzung des präemptiven Multitaskings ist die Verwendung einer Vorrangwarteschlange in Verbindung mit der Round-Robin-Scheduling-Strategie. Dabei spricht man auch von so genannten „Zeitscheiben“, das heißt, jedem Prozess wird (absolut oder pro definierter Zeiteinheit) abhängig von dessen Rechenaufwand ein bestimmter Prozentteil dieser Zeit zugewiesen. Eine alternative Form des Multitaskings ist das von Microsoft Windows bis Version 3.11 und Mac OS bis Version 9 bekannte „kooperative Multitasking“. Dabei ist es jedem Prozess selbst überlassen, wann er die Kontrolle an den Kern zurückgibt. Es hat den Nachteil, dass Programme, die nicht kooperieren beziehungsweise Fehler enthalten, das gesamte System zum Stillstand bringen können.
Hardwareseitig wird Multitasking durch einen Zeitgeber realisiert, der regelmäßig ein Signal (Interrupt) an die CPU schickt, was sie zur Ausführung eines Schedulers veranlasst. Dieser unterbricht die Prozesse, übernimmt nötige Verwaltungsaufgaben (eventuell Swapping) und gibt die Kontrolle wieder an einen der Prozesse zurück. Moderne Betriebssysteme arbeiten darüber hinaus mit einem Speicherschutz, der verhindert, dass verschiedene Prozesse sich gegenseitig beeinflussen. Voraussetzung dafür sind CPU-Funktionen zur Virtualisierung des Hauptspeichers und verschiedene Berechtigungslevel (Ringe) oder auch Modi (Kernel-Mode oder User-Mode) für Prozesse. Erste Prozessoren, die diese Anforderungen vollständig erfüllten, waren der 80386 von Intel beziehungsweise der 68030 von Motorola. Das erste weit verbreitete Computersystem, das präemptives Multitasking beherrschte, war der Amiga von Commodore International (1985).
Bei Echtzeitsystemen ist das Multitasking besonders auf die geforderten Reaktionszeiten hin optimiert.
[Bearbeiten] Literatur
- C. Strachey, Time Sharing in Large Fast Computers, Proceedings of the International Conference on Information Processing, UNESCO, 1959
