Nicht-atomare Operationen in Maschineninstruktionen

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Questions and Answers

Was wird als nicht-atomare Operation betrachtet?

Eine Operation, die immer atomar durchgeführt wird.

Eine Einzeloperation, die immer vollständig abgeschlossen wird.

Eine Operation, die keine Maschineninstruktionen benötigt.

Eine Operation, die aus mehreren Maschineninstruktionen besteht. (correct)

Welche Anforderung ist nicht notwendig, um Nebenläufigkeit zu ermöglichen?

Möglichkeit, zwischen Prozessen zu wechseln.

Möglichkeit der Prozessgenerierung.

Trennung der Speicherbereiche durch Adressräume.

Möglichkeit zur ständigen Ausführung eines Prozesses. (correct)

Wie wird der Prozesswechsel auch bezeichnet?

Aufgabenwechsel.

Threadwechsel.

Prozessinjektion.

Kontextwechsel. (correct)

Welcher Systemaufruf wird verwendet, um neue Prozesse in Unix-basierten Systemen zu erstellen?

fork() Signup and view all the answers

Was ermöglicht es dem System, neue Prozesse oder Threads zu erstellen?

Systemaufrufe oder Thread-APIs. Signup and view all the answers

Was ist die grundlegende Funktion des Adressraums in Bezug auf Nebenläufigkeit?

Er verhindert Prozesse daran, aufeinander zuzugreifen. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Tools wird zur Erstellung von Threads in der POSIX-Thread-Bibliothek verwendet?

pthread_create() Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Notwendigkeit des Kontextwechsels?

Es ermöglicht die gleichzeitige Ausführung von Aufgaben. Signup and view all the answers

Welche Funktion befreit die Ressourcen der MPI-Laufzeitumgebung?

MPI_Finalize Signup and view all the answers

Welcher Befehl gibt den Rang eines Prozesses in einer MPI-Gruppe zurück?

MPI_Comm_rank Signup and view all the answers

Was ist die Hauptunterschied zwischen MPI_Send und MPI_Isend?

MPI_Send blockiert, MPI_Isend blockiert nicht Signup and view all the answers

Welche Funktion wird verwendet, um auf den Abschluss einer asynchronen Operation zu warten?

MPI_Wait Signup and view all the answers

Welche Funktion überprüft, ob eine asynchrone Operation abgeschlossen ist?

MPI_Test Signup and view all the answers

Was gibt die Funktion MPI_Comm_size zurück?

Die Anzahl der Prozesse in der MPI-Gruppe Signup and view all the answers

Was ist das Hauptziel von MPI_Recv?

Daten synchron von einem anderen Prozess empfangen Signup and view all the answers

Was geschieht bei MPI_Finalize()?

Die MPI-Laufzeitumgebung beendet wird Signup and view all the answers

Was beschreibt den Unterschied zwischen nebenläufiger und paralleler Programmierung?

Nebenläufige Programmierung teilt den Speicher auf einer CPU. Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die verteilte Programmierung korrekt?

Sie ermöglicht die Kommunikation über ein Netzwerk. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Anforderungen erfüllt ein Programm nicht?

Unnötige Ausführungszeit. Signup and view all the answers

Was versteht man unter einem Ausführungsmodell?

Es definiert die Reihenfolge von Betriebsanleitungen. Signup and view all the answers

Welches Problem tritt auf, wenn das Locken in einem ungeschützten Bereich erfolgt?

Möglichkeit mehrerer Threads, gleichzeitig die Lock-Variable zu setzen Signup and view all the answers

Welches Modell beschreibt die Übertragung des Ausführungsmodells in Maschinencode?

Maschinenausführungsmodell. Signup and view all the answers

Wie kann ein Thread sich selbst erneut sperren, während er den kritischen Abschnitt verlässt?

Indem er die Lock-Variable sofort nach dem Unlocken anfordert Signup and view all the answers

Was erfüllt ein Programm in Bezug auf funktionale Anforderungen?

Es sollte das erwartete Verhalten zeigen. Signup and view all the answers

Wahl des richtigen Modells zur Erstellung von Programmen beeinflusst wie?

Die Auswahl der verwendeten Algorithmen. Signup and view all the answers

Was beschreibt ein 'Twofold Lock' in Bezug auf gegenseitigen Ausschluss?

Es kann zu unfairen Bedingungen führen, wenn ein Thread vorzeitig freigibt. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Race Conditions ist korrekt?

Sie entstehen, wenn mehrere Threads gleichzeitig auf einen kritischen Abschnitt zugreifen. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen zu nicht-sequentieller Programmierung ist falsch?

Sie erfordert immer eine Verbindung über ein Netzwerk. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Probleme kann auftreten, wenn ein Thread sofort nach dem Freigeben einer Lock-Variable wieder anfordert?

Unfaire Blockierung anderer Threads Signup and view all the answers

Was könnte eine Folge ungeschützter kritischer Abschnitte beim Locken sein?

Unvorhersehbare Zustände im Programmablauf Signup and view all the answers

Welche der folgenden Maßnahmen könnte das Verhalten eines Twofold Locks verbessern?

Verwendung eines Atomaren Lock-Mechanismus Signup and view all the answers

Was ist eine der Hauptanforderungen, die ein System bei der Sperrverwaltung erfüllen sollte?

Einhaltung von gegenseitigem Ausschluss im kritischen Abschnitt Signup and view all the answers

Welche Vorteile bieten OS-basierte Lösungen für die Synchronisation von Threads?

Erweiterte Mechanismen zur Vermeidung von Deadlocks Signup and view all the answers

Was beschreibt die Partitionierung in der parallelen Programmierung am besten?

Die Berechnung, welche Felder in der Zielmatrix verwendet werden Signup and view all the answers

Wie sollte Mapping in der parallelen Programmierung erfolgen?

Untertasks sollten möglichst nah an ihrem Ersteller liegen Signup and view all the answers

Was ist ein wesentliches Merkmal der Quicksort-Implementierung in der parallelen Programmierung?

Es sind Unterlisten jeder Rekursionsstufe beteiligt. Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt am besten die Agglomeration in der parallelen Programmierung?

Es werden Tasks gruppiert, die auf die gleichen Daten zugreifen. Signup and view all the answers

Wie erfolgt die Kommunikation während der Quicksort-Implementierung?

Unterlisten werden beim Aufruf zur Unteraufgabe übergeben. Signup and view all the answers

Was ist ein Nachteil der funktionalen Dekomposition bei Quicksort?

Berechnungen sind voneinander abhängig. Signup and view all the answers

Wann ist die Kommunikation zwischen Untertasks erforderlich?

Nach jeder Berechnung zwischen Unteraufgaben und dem Aufrufer Signup and view all the answers

Study Notes

Nebenläufigkeit und Prozessmanagement

Atomare Operationen können nicht durch Interrupts unterbrochen werden, während nicht-atomare Operationen aus mehreren Maschineninstruktionen bestehen und unterbrochen werden können.
Voraussetzungen für Nebenläufigkeit:
- Trennung der Adressräume (Speicherbereiche).
- Prozessgenerierung durch Systemaufrufe wie fork() in Unix oder pthread_create() in POSIX.
- Kontextwechsel zwischen Prozessen oder Threads erforderlich.

Arten der Programmierung

Nebenläufige Programmierung: Mehrere Ausführungen teilen sich denselben Speicher und laufen meist auf einer CPU.
Parallele Programmierung: Mehrere Ausführungen laufen gleichzeitig, oft auf mehreren CPUs; erfordert gemeinsamen oder verteilten Speicher.
Verteilte Programmierung: Keine gemeinsamen Ressourcen, Ausführungen kommunizieren über Netzwerke.

Anforderungen an Software

Funktionale Anforderungen: Programm muss die erwarteten Aufgaben erfüllen.
Nicht-funktionale Anforderungen: Umfasst Leistung, Benutzbarkeit und Sicherheit.

Programmiermodelle

Modell der Systemzustandsänderung: Menge an Operationen definiert durch die Programmiersprache.
Programmierungsmodell: Auswahl und Reihenfolge von Operationen für die Programmausführung.
Maschinenausführungsmodell: Implementierung des Ausführungsmodells in Maschinencode.

Lock-Mechanismen

Ungeschützte kritische Abschnitte können Race Conditions verursachen.
Ein Twofold Lock hat gravierende Einschränkungen:
- Locking-Vorgang passiert in einem ungeschützten Bereich.
- Freigabewidersprüche (Unlocking) können auftreten; ein thread kann sich selbst sperren.

MPI-Kommunikationsfunktionen

MPI_Finalize(): Beendet die MPI-Laufzeitumgebung und gibt Ressourcen frei.
MPI_Comm_rank(): Gibt die ID des aktuellen Prozesses zurück.
MPI_Comm_size(): Gibt die Anzahl der Prozesse in der MPI-Gruppe zurück.
MPI_Send() und MPI_Recv(): Synchrones Senden und Empfangen von Daten zwischen Prozessen.
MPI_Isend() und MPI_IRecv(): Asynchrone Varianten für Senden und Empfangen.
MPI_Wait() und MPI_Test(): Überwachen den Abschluss asynchroner Operationen.

Synchronisation von Threads

OS-basierte Lösungen bieten durch Hardware-Unterstützung Mechanismen zur Vermeidung von Deadlocks und Starvation.
Effiziente Synchronisation sorgt für Leistungssteigerung und Sicherheit.

Parallele Programmierung: Beispiele

Matrizenmultiplikation:
- Partitionierung der Berechnung der Zellen in der Zielmatrix.
- Kommunikation vor und nach der Berechnung zwischen Root Task und Untertasks.
Quicksort:
- Kombination aus funktionaler und Datenzerlegung durch Tasks in Rekursionsschritten.
- Synchronisation bei jedem Merge erforderlich; Unterlistenkommunikation zwischen Aufrufer und Unteraufgabe.

Client-Server-Socket-Kommunikation

Mustern für den zeitlichen Ablauf der Kommunikation müssen Beachtung finden, um korrekte Abläufe sicherzustellen.

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Description

Dieser Test behandelt die Konzepte nicht-atomarer Operationen, die aus mehreren Maschineninstruktionen bestehen. Es wird erläutert, wie diese Operationen durch Interrupts unterbrochen werden können und was das für die Programmierung bedeutet.