Prozesse, Arbeitsspeicher, Dateien und Geräte

Beginne, eine sehr große Datei zu kopieren, und lass dabei deine Musik weiterlaufen. Der Kopiervorgang möchte so viel Übertragungsleistung vom Laufwerk und so viel Arbeitsspeicher wie möglich. Das Musikprogramm möchte etwas ganz anderes: in sehr regelmäßigen Abständen einen kleinen Anteil der CPU und ein Audiogerät, dem nie die Daten ausgehen.

Diese beiden Anforderungen haben völlig unterschiedliche Formen. Keines der Programme kann die Kontrolle über die Maschine übernehmen. So kümmert sich das Betriebssystem um beide zugleich.

Zwei Prozesse, zwei Arbeitsmuster

Beim Öffnen einer Anwendung entsteht normalerweise mindestens ein Prozess: eine vom Betriebssystem verwaltete Instanz eines laufenden Programms mit eigenem Zustand und eigenen Ressourcen. Das Betriebssystem gibt bereiten Prozessen Gelegenheit, die CPU zu nutzen, und wechselt oft genug, damit mehrere Programme weiterkommen.

Der Kopierprozess möchte große Arbeitsblöcke, sobald das Laufwerk bereit ist. Der Musikprozess braucht viel kleinere Arbeitsstücke in regelmäßigen Abständen. Ressourcenverwaltung bedeutet nicht, beiden zur selben Zeit dieselbe Menge zu geben. Sie koordiniert unterschiedliche Anforderungen, ohne einem Prozess die ganze Maschine zu überlassen.

Ihren Arbeitsspeicher getrennt halten

Das Betriebssystem verfolgt, welcher Arbeitsspeicher zu welchem Prozess gehört, und verhindert, dass eine gewöhnliche Anwendung in den Arbeitsbereich eines anderen Prozesses schreibt. Dank dieser Grenze kann eine Anwendung oft ausfallen, ohne alle anderen mitzureißen.

Wenn die laufenden Programme zusammen mehr Arbeitsspeicher brauchen, als die Maschine hat, kann das Betriebssystem weniger aktive Daten auf den dauerhaften Speicher verlagern. Das hast du in Kapitel 1 gesehen. So geht die Arbeit weiter, aber dauerhafter Speicher ist viel langsamer als RAM.

Für Audionachschub sorgen

Sowohl das Kopieren als auch die Musikwiedergabe brauchen Datentransport durch die Maschine. Der Kopiervorgang verträgt ungleichmäßige Schübe. Die Wiedergabe nicht: Das Audiogerät braucht das nächste Stück rechtzeitig. Eine kleine Menge Audiodaten in einem Puffer bereitzuhalten gibt dem Betriebssystem etwas Spielraum, während Laufwerk und CPU-Zeit geteilt werden.

Die beiden Streifen links zeigen zweimal denselben Zeitraum. Das Kopieren kann ungleichmäßige Schübe nutzen, während das Musikprogramm seinen kleinen Anteil pünktlich braucht. Der teilweise gefüllte Audiobereich verschafft diesen Spielraum.

Nichts davon garantiert, dass Programme niemals abstürzen oder einander verlangsamen. Es liefert Grenzen und gemeinsame Dienste. Dadurch bleiben Fehler häufiger begrenzt, und gewöhnliche Anwendungen können eine Maschine teilen, ohne etwas voneinander zu wissen.

Jedes Desktopbetriebssystem erledigt diese Aufgaben. Unterschiedlich ist, wie es dabei aussieht.