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Writerside/in.tree

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             <toc-element topic="07_Prozesssynchronisation.md"/>
             <toc-element topic="08_Threads.md"/>
             <toc-element topic="09_Interprozesskommunikation.md"/>
+            <toc-element topic="10_Scheduling.md"/>
         </toc-element>
         <toc-element toc-title="OOAD">
             <toc-element topic="IntroductionOOAD.md"/>

Writerside/topics/BS/09_Interprozesskommunikation.md

@@ -108,9 +108,7 @@
   - Programm wartet auf Ergebnis/Rückmeldung einer asynchronen Operation
     - blockiert dabei NICHT Haupt-Thread
 - Wird oft verwendet in
-  - JavaScript
-  - Python
-  - Frameworks wie Javas CompletableFuture
+  - _JavaScript, Python, Frameworks wie Javas CompletableFuture_
 - ![image_160.png](image_160.png)
 
 ### Sockets

Writerside/topics/BS/10_Scheduling.md

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+# Scheduling
+Prozess, wie das Betriebssystem die Ausführung von Aufgaben (Prozessen, Threads, ...) plant und verwaltet
+
+- Hauptziel: Effiziente Nutzung der Systems
+  - Erfüllung der Anforderungen des Systems und des Benutzers
+- Kritisches Element im BS-Design
+  - direkter Einfluss auf Leistung, Benutzererfahrung
+
+## Aufgaben eines Schedulers
+- **Prozessorzuweisung**
+  - welcher Prozess als nächstes?
+- **Prozessorwechsel**
+  - Wechsel von einem laufenden Prozess zu einem anderen
+- **Prioritätszuweisung**
+  - Bestimmt Priorität von Prozessen → wichtige Aufgaben werden bevorzugt behandelt
+- **Warteschlangenmanagement**
+  - Verwaltung der Warteschlangen mit Prozessen
+  
+
+## Entscheidungsverfahren
+- **CPU-Auslastung**
+  - Maximierung der CPU-Auslastung
+- **Durchsatz**
+  - Anzahl abgeschlossene Aufgaben pro Zeit
+- **Wartezeit**
+  - Minimierung der Wartezeit der Prozesse in der Warteschlange
+- **Umlaufzeit**
+  - Gesamtzeit die ein Prozess benötigt um abgeschlossen zu werden
+- **Antwortzeit**
+  - Zeit zwischen der Anforderung eines Benutzers und der ersten Reaktion des Systems
+
+
+## Nicht präemptives Scheduling
+- Art von Prozessorscheduling beo dem der laufende Prozess nicht unterbrochen werden kann
+  - bis CPU-Zeitscheibe vollständig oder andere Blockierungsbedingung
+- Eingesetz in
+  - einfache Systeme, Batch-Verarbeitung-Umgebungen
+    - Vorhersagbarkeit, einfache Implementierung wichtiger als schnelle Reaktion auf Benutzerinteraktion
+
+
+## Präemptives Scheduling
+- Betriebssystemkern kann Kontrolle über CPU von einem laufenden Prozess übernehmen
+  - kann anderem Prozess CPU-Zeit zuweisen, _falls best. Bedingungen erfüllt_
+
+## Prioritätengesteuertes Scheduling
+- Ausführungsreihenfolge der Prozesse hängt von deren Priorität ab
+  - Jeder Prozess kriegt bestimmte Prio
+  - Scheduler nimmt Prozess mit höchster Prio
+    - es gibt präemptive und nicht präemptive Ansätze
+- Wird in Echtzeitsystemen und vielen anderen verwendet
+  - wichtige oder zeitkritische Aufgaben werden bevorzugt behandelt
+
+## Zeitscheiben-Scheduling
+- spezielle Form des [präemptiven Schedulings](#pr-emptives-scheduling)
+  - Jeder Prozess wird für eine festgelegte Zeitscheibe auf dem Prozessor ausgeführt
+    - sobald abgelaufen → nächster Prozess
+    - wiederholt sich zyklisch
+- Wird verwendet in
+  - _Mehrbenutzersystemen_
+
+## Weitere Scheduling-Strategien
+- First Come First Served
+- Shortest / Longest Process next
+- Shortest / Longest Remaining Time next
+- Highest Response Ratio next
+- Earliest Deadline next
+- [Fair-Share-Scheduling](#scheduling-unter-linux)
+- Multilevel-Scheduling
+- ...
+
+## Scheduling unter Linux
+![image_161.png](image_161.png)
+
+[![Youtube: Linux Completely Fair Scheduler](http://i3.ytimg.com/vi/2UYuWWX3SMc/hqdefault.jpg)](https://www.youtube.com/watch?v=2UYuWWX3SMc)
+
+### Completely Fair Scheduler (CFS)
+- faire Verteilung der CPU-Ressourcen zwischen verschiedenen Prozessen oder Threads
+- erstmals in Linux im Kernel 2.6.23
+  - Bemühung **bessere Leistung** und **Gerechtigkeit** bei Verteilung von Ressourcen in Mehrbenutzersystemen
+    - Implementierungen und genutzte Algorithmen können variieren
+
+### Grundprinzipien des CFS
+- **Fairness**
+  - jeder ausführbare Prozess sollte proportional zur Anzahl der CPU-Ressourcen, die er benötigt, bedient werden
+- **Keine festen Zeitscheiben**
+  - Ausführungszeit wird dynamisch an Prozesse angepasst
+- **Gewichtungen**
+  - Prozesse mit höherem "Gewicht" erhalten größere Zeiteinteilung an CPU
+- **Virtual Runtime** 
+  - Gewicht und Ausführungszeit → vRuntime
+    - Prozesse mit kürzerer vRuntime priorisiert
+    - Entscheidungsstruktur: [Rot-Schwarz-Baum](https://de.wikipedia.org/wiki/Rot-Schwarz-Baum)
+      - ![image_162.png](image_162.png)
+
+### Beispiel Funktionsweise des CFS
+![image_163.png](image_163.png)
+
+- Neue Prozesse können während Latenz des Schedulers eingefügt werden
+  - **vruntime** wird initialisiert mit minimaler Laufzeit (**min_vruntime**)der bereits vorhanden Tasks
+  - weil jetzt ein zusätzlicher Task da ist, wird allen vorhandenen Tasks automatisch anteilig weniger Laufzeit zugeteilt
+  - ![image_164.png](image_164.png)
+
+> Manchmal möchte man die Priorität eines Prozesses verändern. Sie kann mit **nice** gesetzt werden
+> und mit **renice** angepasst werden
+> 
+> Jeder Prozess kann einen [nice-Wert](#nicewert) von -20 bis 19(20) haben. Standard ist 0
+
+### Berechnung der Gewichtung (CFS)
+- **1024/1,25<sup>[niceWert](#nicewert)</sup>**
+- Falls [niceWert](#nicewert) abnimmt, steigt Gewicht an
+  - Zeitscheibe ist proportional zur Gewichtung dividiert durch Gesamtgewichtung aller Prozesse
+    - ![image_165.png](image_165.png)
+
+#### Beispiel
+- 131 Tasks (nice = 0) => Gewicht w = 1024
+- 20 Tasks (nice = -20) => Gewicht w = 88817,84
+
+- Alle Tasks mit nice=0 belegen ca. 7% der CPU
+  - 131*1024 / (131*1024 + 20*88817,84) => ca. 7%
+  - tun i.d.R nichts → genug runtime
+- Alle Tasks mit nice=-20 belegen ca. 93% der CPU
+
+## niceWert
+Befehle mit [POSIX-API](06_prozessstruktur.md#posix-api)
+- **setpriority** - niceLevel eines Prozesses setzen
+- **getpriority** - niceLevel eines Prozesses lesen
+
+## Real-Time Scheduling
+- zielt darauf ab, dass Prozesse oder Aufgaben spezifische zeitliche Anforderungen erfüllen
+- Bsp.:
+  - Dekodierung von Bildern eines Videostreams
+    - 30 Bilder / Sekunde
+      - Jedes Bild muss in 1/30s dekodiert und angezeigt werden
+
+- in **harten Echtzeitsystemen** müssen Aufgaben ihre zeitlichen Anforderungen strikt und zuverlässig erfüllen
+  - bspw. Flugzeug, medizinische Geräte, ...
+- **Scheduling-Algorithmen**
+  - Rate Monotonic Scheduling (RMS)
+  - Earliest Deadline First (EDF)
+
+- in **weichen Echtzeitsystemen** sind zeitliche Anforderung auch wichtig, aber Versäumnis ist nicht katastrophal
+  - bspw. Multimediale Anwendungen, Spiele
+- **Scheduling-Algorithmen**
+  - Weighted Fair Queuing (WFQ)
+  - Proportional Share Scheduling