Kurz zur Erinnerung, bevor wir ins Scheduling einsteigen: Ein RTOS (Echtzeit) priorisiert das Einhalten von Deadlines, ein GPOS (Allzweck) maximiert Durchsatz und Fairness.

Merkmal

RTOS (Echtzeit)

GPOS (Allzweck)

Hauptziel

Termintreue (Deadlines)

Hoher Durchsatz / Fairness

Scheduling

Strikt prioritätsbasiert

Fair Share / Round Robin

Latenz

Minimal & vorhersagbar

Variabel, oft höher

Fehlerfall

Zeitüberschreitung = Systemfehler

Zeitüberschreitung = unschön (Lag)

MERKSATZ

Ein GPOS ist wie ein Bus 🚌 — transportiert viele Leute gleichzeitig, kommt aber mal früher, mal später. Ein RTOS ist wie ein Uhrwerk ⏱ — jeder Schlag muss exakt zum richtigen Zeitpunkt erfolgen.

FOLIE 5 · GRUNDLAGE

Was ist Scheduling?

Ein Multitasking-System führt Tasks scheinbar parallel aus. Aber: ein CPU-Core kann immer nur eine Anweisung gleichzeitig ausführen — also muss gewechselt werden. Der Scheduler ist der Teil des Betriebssystems, der entscheidet, welcher Task zu welchem Zeitpunkt auf der CPU läuft.

1 CPU-Core führt reihum je eine Zeitscheibe eines Tasks aus →

Task P1 Task P2 Task P3 Der Balken oben = die CPU über die Zeit. Sie springt ständig zwischen den Tasks.

FOLIE 6 · MULTITASKING

Kooperativ vs. Präemptiv

Die entscheidende Frage: Wer nimmt dem Task die CPU weg — das OS oder der Task selbst?

Präemptiv robust

Das OS (getriggert durch Hardware-Interrupts / Timer) kann einem laufenden Task die CPU gewaltsam entziehen — Preemption (Verdrängung).

↑ Timer-Interrupts schneiden regelmäßig rein — kein Task blockiert ewig.

Kooperativ riskant

Ein Task gibt die CPU nur freiwillig ab. Schreibt man einen fiesen Endlos-Loop, steht das ganze System.

⛔ SYSTEM HÄNGT

FOLIE 7–13 · ZUSTÄNDE

Zustände einer Aufgabe

Wie werden Aufgaben verwaltet? Das ist der Zustandsautomat eines Tasks. Klick auf einen Knoten für Details — oder auf einen Pfeil, um deinen Weg unten im Protokoll aufzuzeichnen.

MODELL

SPRACHE

ANALOGIE · HÖRSAAL & PRÜFUNG

MÖGLICHE ÜBERGÄNGE

{{ t.label }} → {{ t.toName }} {{ t.trig }}

Endzustand — keine weiteren Übergänge. Die Ressourcen des Tasks werden freigegeben.

PROTOKOLL · DEIN WEG

Noch keine Übergänge — klick im Diagramm auf einen Pfeil, um deinen Weg durch die Zustände aufzuzeichnen.

{{ p.n }} {{ p.from }} —{{ p.label }}→ {{ p.to }}

FOLIE 14 · HANDS-ON

Zustands-Simulator

Führe einen Task selbst durch seinen Lebenszyklus. Wähle bei jedem Schritt den richtigen nächsten Zustand.

{{ scenStepLabel }}

🎉 Geschafft!

Du hast den kompletten Lebenszyklus einmal durchlaufen: Neu → Bereit → Laufend → Wartend → Bereit.

FOLIE 16 · ZEIT

Was ist ein Tick?

Ein Tick ist der Herzschlag des Betriebssystems: ein Hardware-Timer des Prozessors, der in festem Intervall einen Interrupt (den System-Tick-Interrupt) auslöst.

TICK COUNT

BEI JEDEM SCHLAG PASSIERT:

1Der Kernel erhöht den Tick Count um 1.

2Der Scheduler prüft: ist ein höher-priorer Task bereit, oder ist ein Delay abgelaufen?

3Falls nötig, findet ein Context Switch (Task-Wechsel) statt.

FOLIE 17 · ZEIT

Warum Ticks und keine echte Zeit?

Drei Hauptgründe, warum das System intern lieber Ticks zählt, statt echte Sekunden zu rechnen:

⚡ Effizienz

Eine Ganzzahl (den Tick-Zähler) zu vergleichen ist für den Prozessor viel „billiger" als komplexe Gleitkommazahlen für Sekunden zu berechnen.

🔌 Abstraktion

Der Code bleibt portabel. Taktest du den Chip von 80 auf 160 MHz hoch, ändern sich die Taktzyklen — der Scheduler zählt einfach weiter seine Ticks.

🎯 Determinismus

Ein Echtzeitsystem muss vorhersagbar sein. Die Tick-Rate definiert die feinste Granularität, mit der das System Ereignisse auflösen kann.

FOLIE 18–19 · BEGRIFFE

Zeitbegriffe auf dem Zeitstrahl

Zieh an den Reglern und beobachte, wie sich Antwortzeit R, relative Deadline D und Wartezeit verändern — und ob die Deadline noch gehalten wird.

rechnet

a = Ankunft

d = Deadline

Ankunft a = {{ ai }} Start s = {{ si }} Abschluss f = {{ fi }} Deadline d = {{ di }}

R = f − a = {{ valR }}

D = d − a = {{ valD }}

Wartezeit s − a = {{ valWait }}

Sym.

Fachbegriff (EN)

Deutsch

Bedeutung

aᵢ

Arrival Time

Ankunftszeit

Zeitpunkt t, zu dem die Aufgabe im System eintrifft.

sᵢ

Start Time

Startzeit

Zeitpunkt t, zu dem die CPU die Aufgabe zum ersten Mal bearbeitet.

fᵢ

Finish Time

Abschlusszeit

Zeitpunkt t, zu dem die Aufgabe komplett fertig ist.

dᵢ

Absolute Deadline

Exakter Zeitpunkt t, bis zu dem die Aufgabe fertig sein muss.

Cᵢ

Computation Time

Rechenzeit

Reine Netto-Zeit, die der Prozessor für die Aufgabe rechnet.

Tᵢ

Period

Periode

Intervall, nach dem eine Aufgabe erneut eintrifft (zyklische Tasks).

Dᵢ

Relative Deadline

Max. erlaubte Dauer Ankunft→Abschluss (Dᵢ = dᵢ − aᵢ).

Rᵢ

Response Time

Antwortzeit

Tatsächliche Brutto-Dauer Ankunft→Abschluss (Rᵢ = fᵢ − aᵢ).

Fachwortglossar

Englische Fachbegriffe mit deutscher Übersetzung und Erklärung. Durchsuchbar und nach Themen filterbar.

{{ glossCount }}

Quiz & Fragen

{{ scoreText }}

Wähle eine Antwort und prüfe sie — du bekommst sofort richtig / falsch mit Erklärung.

Offene Fragen

Formuliere zuerst selbst eine Antwort — dann klapp die Musterlösung auf und vergleiche.

MUSTERLÖSUNG