Threads und Prozesse

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Questions and Answers

Was sind Threads?

Schwergewichtige Prozesse, die mehrere Programme ausführen

Unabhängige Programme in Ausführung

Leichtgewichtige Prozesse innerhalb eines Programms (correct)

Lebenslangen Speicherbereich für Daten

Was beschreibt die Race Condition?

Das Problem, das auftritt, wenn Threads auf gemeinsame Daten zugreifen (correct)

Die dauerhafte Speicherung von Daten

Die effiziente Nutzung von CPU-Ressourcen

Das gleichzeitige Ausführen mehrerer Prozesse ohne Fehler

Wie unterscheiden sich Prozesse von Threads?

Threads laufen innerhalb eines Prozesses und nutzen denselben Speicher (correct)

Prozesse sind schneller ausgeführt als Threads

Prozesse teilen sich den Speicher, während Threads unabhängig sind

Threads sind unabhängig, während Prozesse gemeinsam nutzen

Was ist das Hauptmerkmal eines verteilten Systems?

Fehlende gemeinsame Ressourcen und Kommunikation über Netzwerke Signup and view all the answers

Was ist eine wichtige Voraussetzung für ein effektives, skalierbares und robustes verteiltes System?

Die Klarheit der Kommunikationsmechanismen Signup and view all the answers

Was wird als korrekt angesehen im Kontext von Programm-Modellen?

Wenn die Modelle fehlerfrei in das jeweils nächste Modell übertragen werden Signup and view all the answers

Was beschreibt den Begriff Determinismus in Bezug auf Algorithmen?

Algorithmen, die bei jedem Durchlauf die gleichen Operationen in der gleichen Reihenfolge ausführen Signup and view all the answers

Welche Kategorie gehört nicht zu den nichtfunktionalen Anforderungen?

Korrektheit Signup and view all the answers

Was beschreibt die Determiniertheit eines Algorithmus?

Der Algorithmus produziert bei gleicher Eingabe immer die gleiche Ausgabe. Signup and view all the answers

Welches Hauptproblem tritt bei der Programmierung mit mehreren Threads auf?

Die Ausführung der Threads ist nicht deterministisch. Signup and view all the answers

Welche Aussage über kritische Abschnitte ist korrekt?

Sie verhindern, dass mehrere Threads gleichzeitig auf die selben Daten zugreifen. Signup and view all the answers

Wie unterscheiden sich atomare und nicht-atomare Operationen?

Nicht-atomare Operationen können unterbrochen werden. Signup and view all the answers

Warum sparen Threads Speicher im Vergleich zu Prozessen?

Threads teilen sich den gleichen Adressraum. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen stellt eine funktionale Anforderung an den Schutz kritischer Abschnitte dar?

Sicherung des kritischen Abschnitts. Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt den Stack eines Threads?

Er speichert die lokalen Variablen und Angebote Funktionsaufrufe. Signup and view all the answers

Welche Maßnahme wird empfohlen, um den Zugriff auf kritische Abschnitte zu koordinieren?

Sperren (Locks) oder Semaphore sollten verwendet werden. Signup and view all the answers

Was kann externe Einflüsse wie I/O und User Inputs verursachen?

Falls sie nicht kontrolliert werden, können sie die Deterministik verhindern. Signup and view all the answers

Warum sind nicht sehr viele Programme deterministisch?

Weil Faktoren wie Timers und User Inputs die Ausführung beeinflussen können. Signup and view all the answers

Study Notes

Threads und Prozesse

Threads: Leichtgewichtige Prozesse, die parallel innerhalb eines Programms ausgeführt werden.
Anwendung: Unterteilen einer Anwendung in Teile zur parallelen Ausführung.
Nicht abgeschottet: Threads eines Programms sind nicht voneinander abgeschottet, was zu Race Conditions (Wettlaufbedingungen) führen kann.
Race Conditions: Fehler, die durch den gemeinsamen Zugriff auf Ressourcen durch mehrere Threads entstehen.
Prozesse: Unabhängige Programme in Ausführung.
Threads vs. Prozesse: Threads existieren innerhalb eines Prozesses und teilen sich den Speicher, während Prozesse eigenständige Speicherbereiche haben.

Nebenläufigkeit, Parallelismus und Verteilung

Nebenläufigkeit (concurrent): Mehrere Ausführungen teilen sich denselben Speicher (z.B. auf einer CPU).
Parallelismus: Mehrere Ausführungen laufen gleichzeitig (z.B. auf mehreren CPUs) – entweder mit gemeinsamem oder verteiltem Speicher.
Verteilung: Ausführungen sind auf verschiedenen Systemen verteilt, die über ein Netzwerk kommunizieren.
Kommunikation: Kommunikation ist der Schlüssel in verteilten Systemen (z.B. Clients, Server, Datenbanken). Fehlende Kommunikation defintion kann zu Problemen führen.

Systemmodell und Korrektheit

Systemzustand: Mengen von Operationen (Befehle einer Programmiersprache).
Programmiermodell: Auswahl und Reihenfolge von Operationen.
Ausführungsmodell: Auswahl und Reihenfolge von Befehlen.
Maschinenausführungsmodell: Übertragung des Ausführungsmodells in Maschinencode.
Korrektheit: Programm ist korrekt, wenn Modelle fehlerfrei in die nächste Stufe übertragen werden.
Determinismus: Deterministischer Algorithmus führt immer die gleichen Operationen in gleicher Reihenfolge aus und liefert dieselbe Ausgabe für eine bestimmte Eingabe.
Nicht-Determinismus: Programme ohne Determinismus, häufig wegen externer Einflüße (z.B. Eingabe vom Nutzer oder Timer).
Modularisierung: Aufteilung von Programmen in sinnvolle Module aus deterministischen Abläufen, jedoch nicht zwangsläufig deterministisch im Ganzen.
Atomare Operationen: Unteilbare Operationen, die nicht durch Interrupts unterbrochen werden können.
Nicht-atomare Operationen: Bestehen aus mehreren Maschineninstruktionen und können unterbrochen werden.

Gemeinsamer Adressraum und Stacks

Gemeinsamer Adressraum: Alle Threads eines Prozesses teilen denselben virtuellen Adressraum und können somit auf globale Variablen, Heap-Speicher und statische Daten zugreifen.
Eigener Stack: Jeder Thread hat einen eigenen Stack für lokale Variablen, Funktionsaufrufe und Rücksprungadressen, wodurch die Threads unabhängig sind.
Speicherbedarf bei Prozessen: Bei Prozessen wird der gesamte Speicher für jeden neuen Prozess kopiert, was zu einem höheren Speicherbedarf führt.
Speicherbedarf bei Threads: Threads teilen den gleichen Adressraum und sparen Speicher, da sie auf gemeinsamen Speicher zugreifen.

Kritische Abschnitte und Synchronisation

Kritische Abschnitte: Bereiche, in denen mehrere Threads gleichzeitig auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugreifen können und es zu Konflikten kommen kann.
Synchronisationsmechanismen: Notwendig, um den gleichzeitigen Zugriff auf kritische Abschnitte zu koordinieren (z.B. Locks, Semaphore).
Determinismus bei Threads: Operationen im gemeinsamen Adressraum bei Threads sind nicht mehr deterministisch ausführbar.
Falsche Ergebnisse: Dadurch kann es zu falschen Ergebnissen bei Threads kommen.

Anforderungskategorien

Funktionale Anforderungen: Korrektheit (z.B. Sicherung kritischer Abschnitte).
Nicht-funktionale Anforderungen: Performance, Benutzbarkeit, Sicherheit usw., Minimierung von Overhead und fairer Zugriff auf kritische Abschnitte.

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Description

In diesem Quiz geht es um die Konzepte von Threads und Prozessen. Du wirst die Unterschiede zwischen leichten Threads und unabhängigen Prozessen kennenlernen sowie die Herausforderungen, die mit Race Conditions verbunden sind. Teste dein Wissen über Nebenläufigkeit, Parallelismus und Verteilung.