Prozesszustände und Zustandsübergänge in Betriebssystemen

Ressourcenverwaltung von Prozessen

Jeder Prozess benötigt bestimmte Hard- und Software-Ressourcen, um ausgeführt zu werden (z. B. Drucker, Dateien auf der Festplatte, CD-ROM/DVD-ROM). Diese Ressourcen werden dem Prozess während seiner Ausführung zur Verfügung gestellt. Wenn ein Prozess während der Ausführung eine Hardware-Ressource benötigt, die nicht verfügbar ist, wechselt er in einen blockierten Zustand und wird von der CPU abgewiesen.

Die fünf Prozesszustände

• Ausführung: Der Prozess wird aktuell vom Prozessor ausgeführt.
• Bereit (Ready): Der Prozess ist ausführungsbereit und wartet lediglich auf die Zuteilung durch den Scheduler.
• Gesperrt (Blocked): Der Prozess kann nicht fortgesetzt werden, bis ein Ereignis eintritt, wie beispielsweise eine Ein-/Ausgabe-Operation.
• Neu (New): Der Prozess wurde erstellt, aber noch nicht vom Betriebssystem in den Hauptspeicher geladen.
• Abgeschlossen (Terminated): Der Prozess wurde aus der Gruppe der ausführbaren Prozesse entfernt, entweder durch erfolgreichen Abschluss oder aufgrund eines Fehlers (z. B. Schutzverletzung).

Zustandsübergänge

• Neu → Bereit: Ein neu erstellter Prozess wird in die Warteschlange der bereiten Prozesse eingereiht, um auf seine Ausführung zu warten.
• Bereit → Ausführung: Sobald der Prozess an der Reihe ist, wird er gemäß der Scheduling-Strategie der CPU zur Ausführung zugewiesen.
• Ausführung → Bereit: Der Prozess verlässt die CPU unfreiwillig, entweder weil sein Zeitfenster abgelaufen ist oder ein Prozess mit höherer Priorität den Prozessor benötigt.
• Ausführung → Gesperrt: Der Prozess gibt den Prozessor freiwillig ab, um auf ein externes Ereignis zu warten.
• Gesperrt → Bereit: Nach Abschluss des externen Ereignisses wechselt der Prozess zurück in die Warteschlange der bereiten Prozesse, bevor er erneut den Prozessor belegen kann.
• Ausführung → Abgeschlossen: Der Prozess endet nach der Ausführung der letzten Anweisung.

Prozessmanagement

Die Zustände Neu und Abgeschlossen sind für das Prozessmanagement essenziell. In diesem Modell verfügen sowohl der Gesperrte als auch der Bereite Zustand über eine eigene Warteschlange:

• Wenn ein neuer Prozess vom Betriebssystem zugelassen wird, gelangt er in die Warteschlange der bereiten Prozesse.
• Wartende Prozesse befinden sich in einer blockierten Warteschlange. Sobald das erwartete Ereignis eintritt, werden sie in die Warteschlange der bereiten Prozesse überführt.