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Questions and Answers
Was beschreibt das Problem der Fairness im Kontext von Threads und kritischen Abschnitten?
Was beschreibt das Problem der Fairness im Kontext von Threads und kritischen Abschnitten?
- Threads können sich gegenseitig beim Zugriff auf kritische Abschnitte unterstützen.
- Alle Threads müssen gleichzeitig auf kritische Abschnitte zugreifen.
- Threads haben gleichmäßigen Zugriff auf kritische Abschnitte.
- Threads können verhungern, da sie keine garantierte Zugriffsreihenfolge haben. (correct)
Welche Gefahr besteht trotz der Verwendung von Locks in der Warteschleife?
Welche Gefahr besteht trotz der Verwendung von Locks in der Warteschleife?
- Vermeidung von Deadlocks.
- Erhöhte Verfügbarkeit der Ressourcen.
- Möglichkeit von Race Conditions innerhalb der Warteschleife. (correct)
- Reduzierung der Thread-Kollaboration.
Welches Problem wird durch die Verwendung des Twofold Lock with Primary Protection nicht vollständig gelöst?
Welches Problem wird durch die Verwendung des Twofold Lock with Primary Protection nicht vollständig gelöst?
- Zugriffspriorisierung.
- Deadlocks. (correct)
- Synchronisationsprobleme.
- Thread-Kollaboration.
Was fehlt im System, um eine vollständige Vermeidung von Race Conditions zu gewährleisten?
Was fehlt im System, um eine vollständige Vermeidung von Race Conditions zu gewährleisten?
Welche Art der nichtsequentiellen Programmierung erlaubt mehrere Ausführungen, die sich denselben Speicher teilen?
Welche Art der nichtsequentiellen Programmierung erlaubt mehrere Ausführungen, die sich denselben Speicher teilen?
Was kann passieren, wenn Threads gleichzeitig auf Lock-Variablen zugreifen?
Was kann passieren, wenn Threads gleichzeitig auf Lock-Variablen zugreifen?
Was sind die funktionalen Anforderungen eines Programms?
Was sind die funktionalen Anforderungen eines Programms?
Wodurch wird die Korrektheit eines Programms gesichert?
Wodurch wird die Korrektheit eines Programms gesichert?
Was bedeutet es, wenn ein Programm als nichtdeterministisch betrachtet wird?
Was bedeutet es, wenn ein Programm als nichtdeterministisch betrachtet wird?
Wie kann die Korrektheit eines nichtdeterministischen Programms sichergestellt werden?
Wie kann die Korrektheit eines nichtdeterministischen Programms sichergestellt werden?
Was sind atomare Operationen?
Was sind atomare Operationen?
Welche Anforderung stellt Nebenläufigkeit an ein System?
Welche Anforderung stellt Nebenläufigkeit an ein System?
Welches Merkmal kennzeichnet ein einfaches Lock?
Welches Merkmal kennzeichnet ein einfaches Lock?
Welche funktionale Anforderung wird von einem einfachen Lock nicht erfüllt?
Welche funktionale Anforderung wird von einem einfachen Lock nicht erfüllt?
Welches Konzept wird durch ein Twofold Lock implementiert?
Welches Konzept wird durch ein Twofold Lock implementiert?
Welche Schwäche hat ein Twofold Lock beim Locken?
Welche Schwäche hat ein Twofold Lock beim Locken?
Wie erfolgt das Locken bei einem Twofold Lock with Primary Protection?
Wie erfolgt das Locken bei einem Twofold Lock with Primary Protection?
Welche funktionalen Anforderungen erfüllt ein Twofold Lock with Primary Protection nicht vollständig?
Welche funktionalen Anforderungen erfüllt ein Twofold Lock with Primary Protection nicht vollständig?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf ein einfaches Lock zu?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf ein einfaches Lock zu?
In welcher Situation können Deadlocks bei einem Twofold Lock with Primary Protection entstehen?
In welcher Situation können Deadlocks bei einem Twofold Lock with Primary Protection entstehen?
Was geschieht bei einem Twofold Lock, wenn ein Thread seine Lock-Variable freigibt?
Was geschieht bei einem Twofold Lock, wenn ein Thread seine Lock-Variable freigibt?
Was sind typische Merkmale eines Twofold Locks?
Was sind typische Merkmale eines Twofold Locks?
Welches Element ist entscheidend für die Funktionsweise eines Twofold Locks?
Welches Element ist entscheidend für die Funktionsweise eines Twofold Locks?
Wie viele Lock-Variablen sind für ein einfaches Lock notwendig?
Wie viele Lock-Variablen sind für ein einfaches Lock notwendig?
Welche Anforderung erfüllt ein Twofold Lock im Vergleich zu einem einfachen Lock?
Welche Anforderung erfüllt ein Twofold Lock im Vergleich zu einem einfachen Lock?
Was ist ein Hauptmerkmal der Warteschleife in einem Twofold Lock?
Was ist ein Hauptmerkmal der Warteschleife in einem Twofold Lock?
Was ist eine Voraussetzung für die Nebenläufigkeit in einem System?
Was ist eine Voraussetzung für die Nebenläufigkeit in einem System?
Wie erfolgt die Generierung neuer Prozesse oder Threads in einem System?
Wie erfolgt die Generierung neuer Prozesse oder Threads in einem System?
Was geschieht während eines Kontextwechsels?
Was geschieht während eines Kontextwechsels?
Welcher Faktor beeinflusst die Leistung in einem System mit mehreren Prozessen?
Welcher Faktor beeinflusst die Leistung in einem System mit mehreren Prozessen?
Wie verhalten sich Threads in Bezug auf den gemeinsamen Speicher?
Wie verhalten sich Threads in Bezug auf den gemeinsamen Speicher?
Welches Problem tritt häufig bei der Programmierung mit mehreren Threads auf?
Welches Problem tritt häufig bei der Programmierung mit mehreren Threads auf?
Welches der folgenden Konzepte ermöglicht das zeitgleiche Arbeiten von Prozessen?
Welches der folgenden Konzepte ermöglicht das zeitgleiche Arbeiten von Prozessen?
Was ist eine Voraussetzung für die Handhabung kritischer Abschnitte?
Was ist eine Voraussetzung für die Handhabung kritischer Abschnitte?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Speicherbedarf von Threads?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Speicherbedarf von Threads?
Was bezeichnet der Begriff 'Overhead' in der Informatik?
Was bezeichnet der Begriff 'Overhead' in der Informatik?
Wie nennt man die Bereiche in einem Programm, die potenziell zu Konflikten zwischen Threads führen können?
Wie nennt man die Bereiche in einem Programm, die potenziell zu Konflikten zwischen Threads führen können?
Welches Ziel hat die Verwendung von Sperren (Locks) oder Semaphoren in einem kritischen Abschnitt?
Welches Ziel hat die Verwendung von Sperren (Locks) oder Semaphoren in einem kritischen Abschnitt?
Was ist eine nicht funktionale Anforderung an Lösungen zur Sicherung kritischer Abschnitte?
Was ist eine nicht funktionale Anforderung an Lösungen zur Sicherung kritischer Abschnitte?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Programmierung mit Threads zu?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Programmierung mit Threads zu?
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Study Notes
Arten der nichtsequentiellen Programmierung
- Nebenläufigkeit: Mehrere Ausführungen teilen sich denselben Speicher, häufig auf einer CPU.
- Parallelität: Ausführungen laufen gleichzeitig, entweder im gemeinsamen oder verteilten Speicher, oft auf mehreren CPUs.
- Verteilte Programmierung: Keine gemeinsame CPU oder Speicher; Ausführungen befinden sich auf verschiedenen Systemen und kommunizieren über ein Netzwerk.
Anforderungen an ein Programm
- Funktionale Anforderungen: Das Programm muss die erwarteten Aufgaben erfüllen.
- Nichtfunktionale Anforderungen: Aspekte wie Performance, Benutzbarkeit und Sicherheit müssen gewährleistet sein.
Modelle für die Programmierung
- Modell der Systemzustandsänderung: Menge von Operationen, dargestellt durch Programmiersprachenbefehle.
- Programmiermodell: Auswahl und Reihenfolge von Operationen.
- Ausführungsmodell: Festlegung der Reihenfolge von Befehlen.
- Maschinenausführungsmodell: Übersetzung des Ausführungsmodells in Maschinencode.
- Korrektheit: Ein Programm ist korrekt, wenn Modelle fehlerfrei ineinander übergehen.
Determinismus und Determiniertheit
- Determinismus: Ein Algorithmus führt immer die gleichen Operationen in derselben Reihenfolge aus.
- Determiniertheit: Ein Algorithmus liefert bei gleicher Eingabe stets dieselbe Ausgabe.
Programmkorrektheit
- Programme gelten als korrekt, wenn sie deterministisch sind und die Modelle fehlerfrei umgesetzt werden.
Nichtdeterministische Programme
- Viele Programme sind nichtdeterministisch aufgrund von externen Einflüssen (z.B. I/O), die deterministische Abläufe stören.
Sicherstellung der Korrektheit trotz Nichtdeterminismus
- Programme in sinnvolle Module aufteilen, die deterministische Abläufe enthalten, um dennoch nichtdeterministisch agieren zu können.
Atomare vs. nicht-atomare Operationen
- Atomare Operationen: Nicht unterbrechbar, nicht in kleinere Operationen aufteilbar.
- Nicht-atomare Operationen: Bestehen aus vielen Maschinenkonstruktionen und können unterbrochen werden.
Anforderungen an Systeme zur Unterstützung von Nebenläufigkeit
- Trennung der Speicherbereiche durch Adressräume.
- Fähigkeit zur Prozessgenerierung durch Systemaufrufe (z.B. fork() in Unix).
- Fähigkeit zu Prozesswechseln (Kontextwechsel) zwischen Prozessen oder Threads.
Einfluss der Nebenläufigkeit auf die Performance
- Prozesswechsel erzeugen Overhead, der die Leistung verringern kann.
- Nebenläufigkeit reduziert CPU-Leerlauf, indem sie während Wartezeiten andere Aufgaben bearbeitet.
Threads
- Threads sind leichtgewichtige Prozesse, die innerhalb desselben Programms parallel ausgeführt werden.
- Alle Threads eines Prozesses teilen sich den virtuellen Adressraum, haben jedoch eigene Stacks für lokale Variablen.
Vorteile von Threads gegenüber Nebenläufigkeit
- Geringerer Speicherbedarf, da Threads den gemeinsamen Adressraum verwenden anstelle ihn zu duplizieren.
Probleme bei der Programmierung mit mehreren Threads
- Fehlende Deterministik bei parallelem Zugriff auf gemeinsame Ressourcen kann zu Dateninkonsistenzen führen.
- Kritische Abschnitte sind Bereiche, in denen Konflikte zwischen Threads auftreten können.
Anforderungen an Lösungen zum Schutz kritischer Abschnitte
- Funktionale Anforderungen: Absicherung des kritischen Abschnitts, keine Deadlocks.
- Nichtfunktionale Anforderungen: Minimaler Overhead und fairer Zugriffsmechanismus.
Arten von Locks ohne OS-Unterstützung
- Einfaches Lock
- Twofold Lock
- Twofold Lock with Primary Protection
- Twofold Lock with Mutual Precedence
Merkmale einfacher Locks
- Eine Lock-Variable, bietet jedoch keinen wirksamen Schutz gegen Deadlocks oder Race Conditions.
Eigenschaften von Twofold Locks
- Array von Lock-Variablen für jeden Thread.
- Locken erfolgt nach Warteschleife; bietet jedoch keine vollständige Lösung gegen Deadlocks oder Fairness-Probleme.
Twofold Locks with Primary Protection
- Locken vor der Warteschleife kann Race Conditions beim Locken reduzieren, aber Deadlock-Gefahr und Fairness bleiben unaddressed.
Zusammenfassung der funktionalen Anforderungen an Locks
- Einfache Locks bieten keinen Schutz gegen Deadlocks oder Race Conditions.
- Twofold Locks bieten grundlegenden Schutz, sind jedoch anfällig für Synchronisationsprobleme.
- Twofold Locks with Primary Protection lösen einige Probleme, beinhalten aber immer noch Deadlock-Risiken.
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