Betriebssysteme HIT 3: Multithreading
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Questions and Answers

Was beschreibt einen Prozess in einem Betriebssystem?

  • Eine unterbrochene Programmausführung
  • Ein Netzwerkdienst, der kontinuierlich läuft
  • Eine Instanz eines Programms, das ausgeführt wird (correct)
  • Ein statisches Programm ohne Dateizugriff

Welcher Zustand gehört nicht zu den Zuständen eines Prozesses?

  • Laufend
  • Warte
  • Hiberniert (correct)
  • Beendet

Was ist ein Merkmal von Multithreading im Vergleich zu Single-Thread-Prozessen?

  • Es kann mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen. (correct)
  • Es verwendet mehr Speicherressourcen.
  • Es ist langsamer in der Ausführung.
  • Es reduziert die Komplexität der Programmierung.

Was beschreibt den Scheduler in einem Betriebssystem?

<p>Ein Algorithmus zur Zuweisung von CPU-Zeit an Prozesse (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Beispiel beschreibt am besten den Einsatz von Threads in einem Computerspiel?

<p>Multiplayer-Kommunikation geschieht in einem separaten Thread. (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Unterscheidung zwischen User- und Kernel-Threads?

<p>Kernel-Threads können direkt vom Betriebssystem verwaltet werden. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion eines Prozesskontrollblocks (PCB)?

<p>Verwaltung und Bereitstellung von Prozessinformationen (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt den Begriff 'Threadwechsel' in einem Multithreading-System?

<p>Der Wechsel von einem laufenden Thread zu einem anderen (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine Ursache für die Prozesserzeugung?

<p>Systemstart (A)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Prozesse können gleichzeitig auf demselben Programm laufen?

<p>Drei oder mehr Prozesse (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Fehler kann zur unfreiwilligen Beendigung eines Prozesses führen?

<p>Speicherschutzverletzung (A)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht beim Prozesswechsel in einem CPU-Kern?

<p>Der aktuelle Befehlszähler wird gespeichert und neu geladen. (A)</p> Signup and view all the answers

Was sind Daemons?

<p>Prozesse, die im Hintergrund auf Ereignisse warten. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie wird der Befehlszähler in einem Prozess verwaltet?

<p>Er wird in jedem Prozess-Speicherbereich mitgeführt. (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Punkte ist kein Grund für die Prozessbeendigung?

<p>Eine Benutzeranfrage wurde gestellt. (D)</p> Signup and view all the answers

Was bedeutet es, dass ein Prozess auf demselben Programm basiert?

<p>Er operiert unabhängig, hat jedoch gemeinsame Ressourcen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt einen Grund, warum ein aktiver Prozess inaktiv wird?

<p>Er wartet auf ein Ereignis. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck des Schedulers?

<p>Die CPU-Verarbeitung zwischen Prozessen zu wechseln. (B)</p> Signup and view all the answers

Was enthält der Prozesskontrollblock?

<p>Die Datenstrukturen für die Dateiverwaltung. (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher Zustand wird nicht im Prozesskontrollblock dargestellt?

<p>aktualisierend (C)</p> Signup and view all the answers

Was sind die Vorteile von Multithreading?

<p>Echt parallele Ausführung auf mehreren Kernen. (B)</p> Signup and view all the answers

Was wird als 'pseudo-parallel' bezeichnet?

<p>Threads werden zufällig nicht gleichzeitig aufeinander getroffen. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Prozess selbst blockiert?

<p>Er soll schnell abgelöst werden. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Element ist nicht Teil des Prozesskontrollblocks?

<p>Außenstehende Prozess-ID (D)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Funktion von Threads?

<p>Threads sind von den Zugriffsberechtigungen zwischen Prozessen weniger betroffen. (B), Threads innerhalb eines Prozesses wollen grundsätzlich Daten austauschen. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Vorteil von Threads gegenüber Prozessen?

<p>Der Wechsel zwischen Threads ist schneller als zwischen Prozessen. (A)</p> Signup and view all the answers

Warum ist der Datensatz für Threads kleiner als für Prozesse?

<p>Threads greifen auf die gleichen Daten zu. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein typisches Gedankenmodell für den Umgang mit Threads?

<p>Threads kooperieren innerhalb eines Prozesses. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über den Threadwechsel ist korrekt?

<p>Der Datensatz für den Threadwechsel ist kleiner als bei einem Prozesswechsel. (A)</p> Signup and view all the answers

In welcher Hinsicht sind Multicore-Prozessoren für Threads vorteilhaft?

<p>Ein Kern kann mehrere Threads im Zeitmultiplex abarbeiten. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Benutzer in einer Textverarbeitungsanwendung auf die letzte Seite springt?

<p>Es kommt zu Verzögerungen, wenn vorherige Seiten gerendert werden müssen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Zugriffsrechte zwischen Threads ist korrekt?

<p>Das Betriebssystem schützt Threads weniger als Prozesse vor Zugriffen. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Betriebssystem, das Multithreading unterstützt, User-Threads verwaltet?

<p>Das Betriebssystem sieht nur einen User-Thread. (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine alternative Bezeichnung für User-Threads?

<p>Fibre (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über User-Threads und Kernel-Threads in einer Multi-Core CPU ist korrekt?

<p>Nur Kernel-Threads können parallel ausgeführt werden. (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt eine hybride Implementierung im Kontext von Threads?

<p>Separate Thread-Tabellen für Kernel- und User-Threads existieren. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie wechselt ein Thread zwischen verschiedenen Zuständen im Betriebssystem?

<p>Durch blockierende Aufrufe. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Funktion hat ein Kernel-Thread im Zusammenhang mit User-Threads?

<p>Er kann mehrere User-Threads verwalten. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage zu Threads und Fibres ist falsch?

<p>Ein Fibre ist eine Art von Kernel-Thread. (B)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn ein User eine Änderung vornimmt?

<p>Ein separater Thread beginnt, alle nachfolgenden Seiten zu rendern. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie oft sollte automatisch gespeichert werden, um Datenverlust zu vermeiden?

<p>Alle 2 Minuten (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Funktion hat ein Popup-Thread in einem Server-Prozess?

<p>Er ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung von Anfragen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über User-Threads ist korrekt?

<p>Sie haben ihre eigene Thread-Tabelle pro Prozess. (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein User-Thread blockiert?

<p>Das Betriebssystem sieht den gesamten blockierenden Prozess. (D)</p> Signup and view all the answers

Was sind die Vorteile der Verwendung mehrerer Threads?

<p>Verringerung der Antwortzeiten bei Anfragen. (B), Bessere Nutzung der CPU-Ressourcen. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie werden Kernel-Threads erzeugt?

<p>Durch Kernel-Aufrufe. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine mögliche Lösung für die Verarbeitung eingehender Nachrichten?

<p>Einen neuen Prozess starten. (B), Den aktuellen Prozess unterbrechen und die Nachricht verarbeiten. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie erfolgt der Threadwechsel bei User-Threads?

<p>Durch die Threads selbst im User-Raum. (A)</p> Signup and view all the answers

Warum ist es einfacher, jedes Objekt in einem Spiel in einem eigenen Thread zu verwalten?

<p>Weil jedes Objekt eine eigene Strategie verfolgt. (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Prozess

Instanz eines Programmes, die gerade ausgeführt wird.

Single-Thread-Prozess

Ein Prozess mit nur einem Ausführungsfaden (Thread).

Multithreading

Ausführung mehrerer Ausführungsfäden (Threads) innerhalb eines Prozesses.

Thread

Ein Ausführungsfaden innerhalb eines Prozesses.

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Threadwechsel

Wechsel zwischen verschiedenen Threads innerhalb eines Prozesses.

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Prozesstabelle

Struktur, die Informationen zu aktiven Prozessen enthält.

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Prozesskontrollblock

Enthält detaillierte Informationen zu einem Prozess (z.B. Status, Ressourcen).

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Scheduler

Verantwortlich für die Steuerung der Ausführung von Threads/Prozessen.

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Prozesserzeugung

Die Entstehung eines Prozesses. Dies kann durch Systemstart, Systemaufrufe von anderen Prozessen, Benutzereinträge oder Stapelverarbeitung erfolgen.

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Befehlszähler

Ein Register, das die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls in einem Prozess speichert.

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Prozesswechsel

Die Umschaltung der CPU auf einen anderen Prozess. Der Befehlszähler des alten Prozesses wird zwischengespeichert und der neue Befehlszähler geladen.

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Daemon

Ein Prozess, der im Hintergrund läuft und Aufgaben wie E-Mail-Abrufe, Druckaufträge oder Antivirus-Scans erledigt.

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Prozessbeendigung

Der Abbruch eines Prozesses. Dies kann freiwillig (programmende, Fehler) oder unfreiwillig (Fehler vom System, Beendung durch einen anderen Prozess) erfolgen.

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Systemstart

Der Prozess, der den ersten Satz von Prozessen einleitet, die ein Betriebssystem erfordern.

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Aktiver Prozess

Ein Prozess, der gerade von der CPU ausgeführt wird.

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Blockierter Prozess

Ein Prozess, der auf ein Ereignis wartet, z.B. Benutzereingabe.

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Timeout

Ein Wechsel des Prozesses durch den Scheduler, da die CPU an einen anderen Prozess übergeben wird.

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Thread-Tabelle

Enthält die Daten für jeden Thread, wie Register-Belegung, auszuführender Code, benötigte Variablen und Daten (z.B. Datei-Handler).

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Thread-Vorteile

Threads sind schneller zu erstellen als neue Prozesse (bis zu 100x schneller) ; Multicore-Prozessoren können genutzt werden; Kommunikation zwischen Threads ist einfacher.

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Thread-Zustand

Gleiche Zustände wie bei Singlethread-Prozessen, aber Threads kooperieren innerhalb eines Prozesses.

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Thread-Kommunikation

Threads innerhalb eines Prozesses tauschen Daten aus und greifen nicht aktiv aufeinander an.

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Multicore-Prozessoren

Mehrere Kerne eines Prozessors können Threads parallel ausführen(Zeitmultiplex), ein Thread kann nicht auf mehrere Kerne verteilt werden.

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Prozesswechsel vs Threadwechsel

Der Prozesswechsel benötigt deutlich mehr Zeit als der Threadwechsel.

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Thread-Sicherung

Die Datenmenge, die beim Threadwechsel gesichert und wiederhergestellt werden muss, ist geringer als bei einem Prozesswechsel.

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Zusatz-Thread #1

Ein separater Thread, der nach jeder Änderung durch den User automatisch gestartet wird, um alle nachfolgenden Seiten zu rendern. Dadurch hat dieser Thread einen Vorsprung, wenn der User wieder zurückspringt.

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Zusatz-Thread #2

Ein Thread, der automatisch alle 2 Minuten die aktuellen Daten speichert.

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Mehrere Threads für Aufgaben

Eine Möglichkeit, die Aufgaben User-Interaktion, Rendering und automatische Speicherung in separate Threads zu verteilen.

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Ein Thread für alle Aufgaben

Eine alternative Möglichkeit, alle Aufgaben (User-Interaktion, Rendering, automatisches Speichern) in einem einzigen Thread zu erledigen.

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Vorteile von separaten Threads

Jeder Thread kann unabhängig von den anderen arbeiten und so die Performance verbessern. Außerdem vereinfacht die Trennung die Entwicklung und Wartung.

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Herausforderung bei mehreren Threads

Alle Threads greifen auf dieselben Daten zu und müssen sich synchronisieren, um Fehler zu vermeiden.

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Spielfeld-Objekte als Threads

In Computerspielen kann jedes Objekt (z.B. ein Gegner) seinen eigenen Thread bekommen, der die Bewegung des Objekts unabhängig von anderen Objekten steuert.

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Popup Thread

Ein Thread, der dafür zuständig ist, eingehende Nachrichten zu verarbeiten, ohne den Hauptprozess zu unterbrechen.

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User-Threads

Threads, die im User-Adressraum eines Prozesses laufen. Das Betriebssystem kennt sie nicht.

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Kernel-Threads

Threads, die vom Betriebssystem direkt verwaltet werden. Sie laufen im Kern-Adressraum.

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Welche Art von Thread ermöglicht Parallelisierung auf Multi-Core CPUs?

Kernel-Threads ermöglichen Parallelisierung auf Multi-Core CPUs, da sie vom Betriebssystem direkt verwaltet werden und mehrere Threads gleichzeitig auf verschiedenen Kernen ausführen können. User-Threads hingegen sind auf einen einzigen Kern beschränkt.

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Was ist ein hybrider Thread?

Ein hybrider Thread ist eine Kombination aus Kernel- und User-Threads. Das bedeutet, dass es separate Thread-Tabellen für beide Typen gibt. Der Programmierer kann bei der Thread-Erzeugung den Typ wählen.

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Was ist ein Fibre?

Ein Fibre ist eine alternative Bezeichnung für einen User-Thread, insbesondere bei Microsoft-Systemen. Ein Fibre ist im Wesentlichen ein Teil eines Threads.

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Was passiert bei einem blockierenden Aufruf in einem User-Thread?

Wenn ein User-Thread auf einen blockierenden Aufruf trifft (z. B. eine Benutzereingabe), führt dies zu einem Prozesswechsel, da das Betriebssystem nur den gesamten Prozess kennt. Einzelne User-Threads innerhalb des Prozesses sind für das Betriebssystem nicht sichtbar.

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Wie verhalten sich User- und Kernel-Threads in Bezug auf ihre Sichtbarkeit für das Betriebssystem?

Das Betriebssystem kennt nur Kernel-Threads. User-Threads sind für das Betriebssystem nicht sichtbar. Daher kann ein Kernel-Thread mehrere User-Threads verarbeiten.

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Welche Möglichkeiten hat ein Thread in einer hybriden Implementierung?

Ein Thread kann ein Fibre, einen Kernel-Thread, einen Prozess oder einen anderen Thread erstellen. Es ist möglich vom einen Typ zum anderen zu wechseln, indem ein Thread einen neuen Thread eines anderen Typs erstellt.

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Study Notes

Betriebssysteme, HIT 3. Jahrgang, Teil 1: Multithreading

  • Prozesse (Single-Thread Prozesse):

    • Prozesse sind Instanzen von Programmen, die im Hauptspeicher liegen und gerade ausgeführt werden.
    • Ein Prozess beinhaltet einen einzigen Code-Strang (im Gegensatz zu Multi-Threading, welches mehrere Code-Stränge beinhaltet).
    • Ein Programm kann gleichzeitig mehrmals ausgeführt werden (z.B. Texteditor, Taschenrechner...)
    • Prozesse, die auf demselben Programm beruhen, sind keine Sonderfälle.
    • Jeder Prozess arbeitet getrennt, wie er einen eigenen CPU-Kern hätte.
    • Eine CPU wechselt zwischen verschiedenen Prozessen hin und her.

  • Prozesserzeugung:

    • Prozesse können durch den Systemstart, Systemaufrufe anderer Prozesse, Benutzeranfragen oder Initialisierungen von Stapelverarbeitungen erzeugt werden.

  • Prozessbeendigung:

    • Prozesse können freiwillig beendet werden (z.B. durch Programmende oder Fehlerhaftes Enden).
    • Auch ein schwerwiegender Fehler (z.B. Speicherschutzverletzung) oder ein Befehl von einem anderen Prozess kann zu einer Beendigung führen.

  • Zustände eines Prozesses (oder Threads):

    • Prozesse (bzw. deren Threads) befinden sich in verschiedenen Zuständen (rechenbereit, rechnend, blockiert, beendet).

  • Scheduler:

    • Der Scheduler entscheidet, welcher Prozess welcher CPU-Kern bearbeitet.
    • Das Ziel ist es den Wechsel schnell zu vollziehen zwischen den Prozessen.

  • Prozesstabelle/Prozesskontrollblock:

    • Die Verwaltung aller Prozesse findet in einer Prozesstabelle statt.
    • Jeder Einträge in der Tabelle beinhaltet die Daten (z.B. Befehlszähler, Stackpointer, Speicherbelegung, offenen Dateien, PID, etc.) eines Prozesses.

  • Mehr als 1 Thread (Multithreading):

    • Ein Prozess kann mehrere Ausführungsstränge (Threads) besitzen.
    • Threads interagieren oft mit gemeinsamen Ressourcen.
    • Threads von einem Prozess laufen parallel (oder scheinbar parallel).

  • Threadwechsel:

    • Threads von einem Prozess wechseln sich gegenseitig innerhalb desselben Prozesses ab.

  • Beispiel: Textverarbeitung:

    • Jede Änderung eines Benutzers wird in einem Thread verarbeitet, während weitere Seiten bereits gerendert werden oder Dateien geladen werden.

  • Beispiel: Computerspiel:

    • Jedes Spielobjekt hat eigenen Thread, um Bewegungen/Aktionsabläufe parallel ablaufen zu lassen.

  • Popup-Thread:

    • Bei einer Serveranfrage wird ein eigener Thread erstellt, um die Anfrage zu verarbeiten, ohne dass der Hauptprozess unterbrochen wird.

  • Unterscheidung User- und Kernel Threads:

    • User-Threads werden von der Anwendung verwaltet, während Kernel-Threads vom Betriebssystem verwaltet werden.

  • Hybride Implementierung:

    • Eine Kombination von User und Kernel Threads, um die jeweiligen Vorteile beider Systeme bestmöglich zu nutzen.

  • Detail bei Blockierenden Aufrufen in User-Threads:

    • Blockierte Thread-Aufrufe führen nicht zu Prozesswechseln wenn der Thread durch das Betriebssystem bekannt ist.
    • Im entgegengesetzten Fall, hat dies einen Prozess-Wechsel zur Folge.

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Description

In diesem Quiz werden die Grundlagen von Prozessen und Multithreading behandelt. Es wird erklärt, was Prozesse sind, wie sie erzeugt und beendet werden und welche Unterschiede zwischen Single-Thread und Multi-Thread Prozessen bestehen. Perfekt für Studierende im dritten Jahrgang, die ihr Wissen über Betriebssysteme vertiefen möchten.

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