Programmiermodelle und Korrektheit

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Questions and Answers

Was kennzeichnet atomare Operationen?

Sie können in mehrere kleinere Operationen aufgeteilt werden.

Sie sind nicht unterbrechbar durch Interrupts. (correct)

Sie können durch einen Interrupt unterbrochen werden.

Sie bestehen aus mehreren Maschineninstruktionen.

Welchen Vorteil bieten Threads im Vergleich zur Nebenläufigkeit in Bezug auf Speichernutzung?

Threads benötigen mehr Speicher wegen des Kopierens.

Threads werden vollständig in den Hauptspeicher geladen.

Threads verwenden separate Adressräume für jeden Thread.

Threads haben einen geringeren Speicheraufwand durch gemeinsamen Adressraum. (correct)

Was ist ein Hauptproblem bei der Programmierung mit mehreren Threads?

Operationen der Threads können zu falschen Ergebnissen führen. (correct)

Threads haben keinen Zugriff auf einen gemeinsamen Adressraum.

Alle Threads verursachen Deadlocks.

Die Ausführung der Threads ist deterministisch.

Welche Anforderung ist nicht funktional für die Sicherung eines kritischen Abschnitts?

Sicherung des kritischen Abschnitts Signup and view all the answers

Wie beeinflusst Nebenläufigkeit die CPU-Leistung?

Prozesswechsel erzeugen einen zusätzlichen Overhead. Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen Determinismus und Determiniertheit korrekt?

Ein deterministischer Prozess gibt bei gleicher Eingabe immer die gleiche Ausgabe zurück, während Determiniertheit sich auf die Abläufe bezieht. Signup and view all the answers

Was sind die beiden Hauptanforderungen an ein Programm?

Es soll funktionale und nichtfunktionale Anforderungen erfüllen. Signup and view all the answers

Welche Technik kann helfen, die Korrektheit eines Programms trotz nichtdeterministischer Ausführung sicherzustellen?

Das Programm in sinnvolle Module aufzuteilen, die deterministische Abläufe enthalten. Signup and view all the answers

Welche Aussage zu atomaren und nicht-atomaren Operationen ist korrekt?

Atomare Operationen garantieren Konsistenz, während nicht-atomare Operationen das nicht tun. Signup and view all the answers

Was ist eine der Anforderungen an ein System im Kontext von Nebenläufigkeit?

Möglichkeit der Prozessgenerierung. Signup and view all the answers

Warum sind die meisten Programme als nichtdeterministisch einzustufen?

Weil externe Einflüsse, wie I/O, die deterministische Ausführung verhindern können. Signup and view all the answers

Was gewährleistet die Korrektheit eines Programms in Bezug auf die Modelle?

Die fehlerfreie Übertragung jedes Modells in das nächste Modell. Signup and view all the answers

Was beschreibt das Programmiermodell in der Programmentwicklung?

Die Auswahl und Reihenfolge von Operationen, die zu einem bestimmten Ziel führen. Signup and view all the answers

Study Notes

Programmiermodelle und Korrektheit

Ein korrektes Programm erfüllt funktionale und nichtfunktionale Anforderungen (z.B. Performance, Sicherheit).
Programme werden anhand von Modellen erstellt (Systemzustandsänderungen, Programmiermodell, Ausführungsmodell, Maschinenausführungsmodell)
Korrektheit wird durch die fehlerfreie Übertragung der Modelle sichergestellt.
Determinismus bedeutet, dass ein Algorithmus immer die gleichen Operationen in der gleichen Reihenfolge durchläuft.
Determiniertheit bedeutet, dass ein Algorithmus zu jeder Eingabe immer die gleiche Ausgabe erzeugt.
Ein Programm ist korrekt, wenn es deterministisch ist und die Modelle korrekt übertragen wurden.
Die meisten Programme sind nichtdeterministisch, da externe Faktoren (z.B. E/A) die Ausführung beeinflussen.
Korrektheit trotz Nichtdeterminismus wird durch die Aufteilung des Programms in sinnvolle, deterministische Module erreicht, die zusammen aber nichtdeterministisch sein können.

Nebenläufigkeit

Nebenläufige Programme benötigen mehrere Speicherbereiche, Prozessgenerierung und den Wechsel zwischen Prozessen.
Atomare Operationen sind nicht unterteilbar und nicht unterbrechbar.
Nicht-atomare Operationen bestehen aus mehreren Maschinenbefehlen und können unterbrochen werden.
Nebenläufigkeit kann die Performance verbessern, indem Leerlaufzeiten der CPU reduziert werden, jedoch gibt es einen Overhead durch Prozesswechsel.

Threads

Threads teilen sich einen gemeinsamen Adressraum, aber besitzen jeweils einen eigenen Stack.
Threads benötigen weniger Speicher als Nebenläufigkeit, da Sie einen gemeinsamen Adressraum nutzen.
Das Hauptproblem bei der Verwendung von Threads ist die Nichtdeterminiertheit der Operationen einzelner Threads aufgrund des gemeinsamen Adressraumes.
Kritische Abschnitte sind Bereiche, in denen die Nichtdeterminiertheit zu falschen Ergebnissen führen kann.
Lösungen für kritische Abschnitte müssen den kritischen Abschnitt sichern, eine höhere Programmiersprache verwenden, kein Deadlock erzeugen, geringen Overhead und fairen Zugriff auf den kritischen Abschnitt haben.

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Description

In diesem Quiz geht es um die Grundlagen der Programmiermodelle und deren Korrektheit. Es wird untersucht, wie deterministische und nichtdeterministische Programme entwickelt werden und welche Anforderungen an die Korrektheit gestellt werden. Zudem wird erläutert, wie man trotz Nichtdeterminismus korrekte Ergebnisse erzielen kann.