Multitasking

Was ist Multitasking?

Multitasking ist die Fähigkeit eines Betriebssystems, mehrere Programme scheinbar gleichzeitig auszuführen. Du kannst gleichzeitig Musik hören, in einem Browser surfen und ein Dokument bearbeiten – das fühlt sich an, als ob alles gleichzeitig passiert.

Aber führt eine CPU wirklich alles gleichzeitig aus?

Wie funktioniert Multitasking?

Das Betriebssystem teilt die CPU-Zeit in kleine Zeitscheiben auf. Jedes laufende Programm bekommt abwechselnd kurze Zeitfenster (typisch wenige Millisekunden):

Zeit: |--Word--|--Browser--|--Musik--|--Word--|--Browser--|--Musik--|

Da die Umschaltung extrem schnell passiert (tausende Male pro Sekunde), merkt der Benutzer keine Unterbrechung.

Prozesse und Threads

Ein Browser (ein Prozess) kann mehrere Threads haben: einer lädt eine Seite, einer spielt ein Video ab, einer wartet auf Benutzereingaben.

CPU-Scheduling

Das Scheduling bestimmt, welches Programm als nächstes CPU-Zeit bekommt. Das Betriebssystem berücksichtigt dabei:

• Priorität: Systemaufgaben haben oft höhere Priorität als normale Programme
• Fairness: Jedes Programm soll regelmäßig CPU-Zeit bekommen
• Reaktionszeit: Wichtig für interaktive Programme (schnelle Reaktion auf Klicks)

Echtes Multitasking mit mehreren Kernen

Mit mehreren CPU-Kernen können Programme wirklich gleichzeitig ausgeführt werden – jeder Kern verarbeitet einen anderen Prozess. Bei 4 Kernen können 4 Programme gleichzeitig laufen, ohne Zeitscheiben aufteilen zu müssen.

import threading
import time

def aufgabe(name, dauer):
    print(f"{name} gestartet")
    time.sleep(dauer)
    print(f"{name} beendet")

# Zwei Threads gleichzeitig starten (simuliertes Multitasking)
t1 = threading.Thread(target=aufgabe, args=("Aufgabe A", 2))
t2 = threading.Thread(target=aufgabe, args=("Aufgabe B", 1))

t1.start()
t2.start()

t1.join()
t2.join()
print("Alle Aufgaben abgeschlossen!")

Probleme beim Multitasking

Deadlock

Zwei Programme warten jeweils darauf, dass das andere eine Ressource freigibt – es passiert nichts mehr. Wie zwei Autos, die sich gegenseitig blockieren.

Race Condition

Zwei Threads greifen gleichzeitig auf dieselben Daten zu und verändern sie – das Ergebnis ist unvorhersehbar.