Parallel Programmierung und Amdahls Gesetz

Podcast Beta

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Welches Konzept beschreibt die Einschränkung des Geschwindigkeitszuwachses bei parallelen Programmen?

Moores Gesetz

Gesetz von Amdahl (correct)

Gesetz von Bathtub

Gesetz von Nyquist

Was beschreibt die Partitionierung in der Matrizenmultiplikation?

Die Nutzung von Zufallszahlen zur Berechnung

Die Berechnung der Zielmatrixfelder (correct)

Die vollständige Berechnung der Matrix ohne Unterteilung

Den Prozess der Optimierung der Speicherbelegung

Was geschieht vor der Berechnung in der Kommunikationsphase der Matrizenmultiplikation?

Die Zielmatrix wird vorausberechnet.

Die Zeile der Eingabematrix A und die Spalte von B werden transmitiert. (correct)

Das Root Task sendet die Ergebnisse an alle Untertasks.

Die Untertasks bereiten ihre Ergebnisse vor.

Welche Methode beschreibt das Gruppieren von Tasks mit gleichen Zeilen und Spalten?

Agglomeration Signup and view all the answers

Wie beeinflusst der sequentielle Anteil den Geschwindigkeitszuwachs bei parallelen Programmen?

Je höher der sequentielle Anteil, desto niedriger der Geschwindigkeitszuwachs. Signup and view all the answers

Was ist eine Semaphore?

Ein Zähler, der angibt, wie viele Threads auf eine Funktion zugreifen können. Signup and view all the answers

Wie funktioniert eine Semaphore, wenn ein Thread eintritt?

Der Zähler wird dekrementiert. Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen einem Lock und einer Semaphore?

Ein Lock schließt alle anderen Threads aus, während eine Semaphore mehrere Threads erlaubt. Signup and view all the answers

Welche Funktion wird verwendet, um auf den Eintritt in die kritische Sektion zu warten?

sem_wait Signup and view all the answers

Was stellt sicher, dass immer nur ein Thread auf eine Funktion in einem Monitor zugreift?

Der Monitor selbst. Signup and view all the answers

Was tun Condition Variables in Monitoren?

Sie signalisieren, ob ein Thread warten muss oder nicht. Signup and view all the answers

Was passiert beim Austreten aus einer kritischen Sektion in Bezug auf eine Semaphore?

Der Zähler wird inkrementiert. Signup and view all the answers

Was wird durch die sem_init-Funktion bei Semaphoren festgelegt?

Die maximale Anzahl gleichzeitiger Threads. Signup and view all the answers

Was ist eine atomare Operation?

Eine nicht unterbrechbare Operation, die nicht in Teiloperationen aufgeteilt werden kann Signup and view all the answers

Welchen Overhead verursacht ein Prozesswechsel?

Einführen von Leerlaufzeiten Signup and view all the answers

Welches Merkmal teilen alle Threads in einem Maschinenmodell?

Alle Threads nutzen einen gemeinsamen Adressraum Signup and view all the answers

Wie wirkt sich die Speichernutzung von Threads auf ihre Effizienz aus?

Threads reduzieren den Speicherverbrauch, weil sie den gleichen Adressraum nutzen Signup and view all the answers

Was ist ein kritischer Abschnitt in der multithreaded Programmierung?

Ein Bereich, wo Operationen nicht deterministisch sind Signup and view all the answers

Welche Aussage über nicht-atomare Operationen ist korrekt?

Sie können durch Interrupts unterbrochen werden Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn mehrere Threads auf denselben kritischen Abschnitt zugreifen?

Es kann ein falsches Ergebnis aufgrund des gemeinsamen Adressraums entstehen Signup and view all the answers

Was kann als Hauptnachteil der Verwendung von Threads angesehen werden?

Erhöhte Komplexität durch Synchronisation Signup and view all the answers

Welche der folgenden Anforderungen stellt kein einfaches Lock sicher?

Fairer Zugriff auf den kritischen Abschnitt Signup and view all the answers

Was ist eine funktionale Anforderung, die ein Twofold Lock nicht erfüllt?

Mutual Precedence Signup and view all the answers

Wie erkennt man ein einfaches Lock?

Es hat eine Lock-Variablenanzahl von eins. Signup and view all the answers

Welches Element ist kein Bestandteil eines Twofold Lock Systems?

Einfacher Zugriff auf Lock-Variablen Signup and view all the answers

Welche Anforderung kann bei einem Twofold Lock with Primary Protection nicht gewährleistet werden?

Deadlock-Freiheit Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über den gegenseitigen Ausschluss ist falsch?

Er kann durch einfache Locks immer gewährleistet werden. Signup and view all the answers

Was ist eine mögliche Schwierigkeit beim Einsatz von Twofold Locks?

Erhöhter Overhead Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Thread ein einfaches Lock freigibt und gleichzeitig Zugriff anfordert?

Der Thread wird in die Warteschlange eingereiht. Signup and view all the answers

Was kann zu einer Verklemmung im Wartegraphen führen?

Zwei Threads fordern jeweils das Objekt des anderen an. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Methoden ist nicht Teil der Strategien zur Handhabung von Verklemmungen?

Deadlock mitigation Signup and view all the answers

Welches Element ist erforderlich für den korrekten Betrieb des Bankier-Algorithmus?

Die Verfügbarkeit von Ressourcen Signup and view all the answers

Was beschreibt einen Mutex?

Ein Mechanismus zur Synchronisation von Threads. Signup and view all the answers

Welche Bedingung wird in der Regel nicht für Verklemmungen benötigt?

Alle Threads müssen unabhängig von Ressourcen sein. Signup and view all the answers

Welches Konzept bezieht sich auf die Verhinderung von Deadlocks?

Deadlock avoidance Signup and view all the answers

Was beschreibt den kritischen Abschnitt in Bezug auf Threads?

Ein exklusiver Bereich, auf den nur ein Thread gleichzeitig zugreifen kann. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Objekte wird nicht zur Sicherung des kritischen Abschnitts verwendet?

Buffer Signup and view all the answers

Study Notes

Gegenseitiger Ausschluss

Semaphore ermöglichen mehreren Threads den gleichzeitigen Eintritt in kritische Abschnitte, im Gegensatz zu Locks, die nur einen Thread zulassen.
Semaphore bestehen aus einem Zähler, der die Anzahl der gleichzeitig zugelassenen Threads kontrolliert. Der Zähler wird beim Eintritt verringert und beim Austritt erhöht.
Wichtigste POSIX-Methoden für Semaphoren:
- sem_init: Initialisiert eine Semaphore.
- sem_wait: Wartet auf den Zugang zur kritischen Sektion.
- sem_post: Gibt die Semaphore frei.

Monitore

Ein Monitor ist ein Synchronisationsobjekt, das sicherstellt, dass nur ein Thread gleichzeitig auf die enthaltenen Funktionen und Daten zugreift.
Condition Variables zeigen an, ob ein Thread innerhalb des Monitors fortfahren oder warten muss.

Amdahls Gesetz

Beschreibt die Beziehung zwischen der Parallelisierung eines Programms und dessen sequentiellem Anteil.
Ein höherer sequentieller Anteil führt zu einem verringerten Geschwindigkeitszuwachs bei parallelem Rechnen.

Matrizenmultiplikation mit dem Fosterschen Vorgehensmodell

Partitionierung: Berechnung der Matrizenfelder in der Zielmatrix.
Vor der Berechnung erfolgt die Kommunikation zwischen dem Root Task und den Untertasks.
Nach der Berechnung werden die Ergebnisse der Untertasks an den Root Task zurückgesendet.
Agglomeration ermöglicht das Gruppieren von Tasks mit den gleichen Daten.

Atomare und nicht-atomare Operationen

Atomare Operationen sind unteilbar und können nicht durch Interrupts unterbrochen werden.
Nicht-atomare Operationen bestehen aus mehreren Schritten und sind anfällig für Unterbrechungen.

Nebenläufigkeit und Performance

Nebenläufigkeit kann den Leerlauf der CPU reduzieren, bringt jedoch auch einen gewissen Overhead aufgrund von Prozesswechseln mit sich.
Threads teilen sich einen gemeinsamen Adressraum, was sie speichereffizienter macht als Prozesse, die ihren gesamten Speicher separat kopieren.

Kritische Abschnitte und Locks

Kritische Abschnitte sind Bereiche im Programm, die vor gleichzeitigen Zugriffen durch mehrere Threads geschützt werden müssen.
Wichtige funktionale Anforderungen an Lösungen für kritische Abschnitte sind Deadlock-Vermeidung und minimaler Overhead.

Arten von Locks

Einfaches Lock: Schützt kritische Abschnitte, hat aber keine Warteschlangen.
Twofold Lock: Verwendet ein Array von Lock-Variablen und führt eine Warteschleife vor dem Locken ein.
Fünf Methoden zur Handhabung von Verklemmungen: Deadlock-Prävention, -Vermeidung, -Erkennung und -Behebung.

Mutex

Ein Mutex ist ein spezieller Typ eines Lock, der gegenseitigen Ausschluss bei der Nutzung von Ressourcen garantiert.

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Description

In diesem Quiz geht es um die Konzepte der parallelen Programmierung und das Amdahlsche Gesetz. Es wird behandelt, wie der sequentielle Anteil die Geschwindigkeit von parallelen Programmen beeinflusst. Teste dein Wissen über Partitionierung und die Berechnung von Geschwindigkeitszuwachs.