Threads und Prozesse in der Programmierung

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Questions and Answers

Was sind Threads in einem Anwendungsprogramm?

Unabhängige Programme, die parallel ausgeführt werden.

Leichtgewichtige Prozesse innerhalb desselben Programms. (correct)

Datenstrukturen zur Speicherung von Informationen.

Vollständig abgeschottete Prozesse.

Was kann durch Race Conditions verursacht werden?

Einstellbare Speicherverwaltung.

Fehler beim Zugriff auf gemeinsam genutzten Speicher. (correct)

Unabhängige Kommunikation zwischen Prozessen.

Verbesserte Leistung von parallelen Programmen.

In welchem Kontext sind Prozesse definiert?

Unabhängige Programme, die auf einer CPU laufen. (correct)

Prozesse, die auf mehreren CPU-Kernen ablaufen.

Teile eines Programms, die gleichzeitig ausgeführt werden.

Programme, die gemeinsam auf denselben Speicher zugreifen.

Was beschreibt das Modell der Systemzustandsänderung?

Die Menge von Operationen, die durch Befehle dargestellt werden. Signup and view all the answers

Was ist ein deterministischer Algorithmus?

Ein Algorithmus, der immer die gleichen Operationen in derselben Reihenfolge durchläuft. Signup and view all the answers

Was ist ein wesentliches Merkmal eines verteilten Systems?

Die Kommunikation ist der Schlüssel zu den Interaktionen zwischen verschiedenen Komponenten. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Anforderungen gehören zu den nichtfunktionalen Anforderungen?

Leistungsfähigkeit des Systems. Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn die Kommunikationsmechanismen in einem verteilten System nicht klar definiert sind?

Es entstehen Probleme wie Dateninkonsistenzen oder Verzögerungen. Signup and view all the answers

Was beschreibt einen deterministischen Algorithmus?

Er gibt zu jeder bestimmten Eingabe immer die gleiche Ausgabe. Signup and view all the answers

Welcher Aspekt kann die deterministische Ausführung eines Programms verhindern?

Externe Einflüsse wie I/O oder User Inputs. Signup and view all the answers

Was ist eine atomare Operation?

Eine ununterbrochene single-step Operation. Signup and view all the answers

Wie teilen sich Threads den Speicher innerhalb eines Prozesses?

Threads teilen einen gemeinsamen Adressraum, aber haben eigene Stacks. Signup and view all the answers

Was ist das Hauptproblem bei der Programmierung mit mehreren Threads?

Fehlende Deterministik der Ausführung. Signup and view all the answers

Was sind kritische Abschnitte in der Thread-Programmierung?

Bereiche, in denen mehrere Threads gleichzeitig auf gemeinsame Daten zugreifen. Signup and view all the answers

Was sind funktionale Anforderungen an einen kritischen Abschnitt?

Sicherung des kritischen Abschnitts. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über nicht-atomare Operationen ist korrekt?

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

Wie beeinflusst die Verwendung von Threads den Speicherbedarf?

Reduziert den benötigten Speicher durch gemeinsamen Adressraum. Signup and view all the answers

Was ist eine nicht-funktionale Anforderung für kritische Abschnitte?

Minimaler Overhead und fairer Zugriff. Signup and view all the answers

Study Notes

Threads und Prozesse

Threads sind leichtgewichtige Prozesse, die innerhalb eines Programms parallel ausgeführt werden.
Anwendungen können in Teile unterteilt und parallel ausgeführt werden.
Threads eines Programms sind nicht voneinander abgeschottet und können Race Conditions verursachen (Fehler/Wettlaufbedingung).
Prozesse sind unabhängige Programme, während Threads innerhalb eines Prozesses agieren und denselben Speicher gemeinsam nutzen.

Nebenläufigkeit (Concurrent), Parallel und Verteilt

Nebenläufig (Concurrent): Gemeinsame Ressourcen, oft auf einer CPU.
Parallel: Gemeinsame oder verteilte Ressourcen, oft auf mehreren CPUs.
Verteilt: Kein gemeinsamer Speicher, keine gemeinsame CPU, Systeme kommunizieren über ein Netzwerk. Kommunikation ist zentral für verteilte Systeme.

Systemmodellierung

Systemzustand: Menge von Operationen, durch Befehle repräsentiert.
Programmiermodell: Auswahl und Reihenfolge von Operationen.
Ausführungsmodell: Auswahl und Reihenfolge von Befehlen.
Maschinenausführungsmodell: Übertragung des Ausführungsmodells in Maschinencode.
Korrektheit: Modelle müssen fehlerfrei in das nächste Modell übertragen werden.
Determinismus: Ein Algorithmus, der immer die gleichen Operationen in der gleichen Reihenfolge durchläuft. Daraus folgt immer die gleiche Ausgabe.
Nicht-deterministisch: Programme, die durch externe Einflüsse (I/O, User Input, Timer) nicht deterministisch sind.
Atomare Operationen: Nicht in kleinere, unterbrechbare Operationen teilbar.

Gemeinsame Adressräume und Stacks

Threads nutzen einen gemeinsamen Adressraum eines Prozesses.
Jeder Thread hat einen eigenen Stack für lokale Variablen, Funktionsaufrufe und Rücksprungadressen.
Prozesse brauchen (klassisch) einen eigenen kopierten Adressraum, was mehr Speicher benötigt.
Threads sparen Speicher, weil sie den Adressraum eines Prozesses teilen.

Kritische Abschnitte

Kritische Abschnitte: Bereiche, wo mehrere Threads gleichzeitig auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugreifen und Konflikte entstehen könnten.
Dateninkonsistenzen: können durch parallelen Zugriff auf gemeinsame Daten entstehen.
Sperren (Locks) oder Semaphore: Mechanismen zur Koordinierung des gleichzeitigen Zugriffs und Vermeidung von Dateninkonsistenzen.
Operationsreihenfolge ist in mehreren Threads nicht mehr deterministisch.
Nicht deterministische Ausführung: führt zu falschen Ergebnissen, wenn Threads nicht koordiniert werden.

Anforderungen an Thread-Programme

Funktionale Anforderungen:
- Sicherung des kritischen Abschnitts.
- Höhere Programmiersprache.
- Vermeidung von Deadlocks.
Nichtfunktionale Anforderungen:
- Minimaler Overhead.
- Fairem Zugriff auf kritische Abschnitte.

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Description

Teste dein Wissen über Threads und Prozesse sowie deren Unterschiede und Anwendungen. Lerne, wie parallele und nebenläufige Ausführung funktioniert und welche Herausforderungen dabei auftreten können. Dieses Quiz behandelt auch grundlegende Konzepte der Systemmodellierung.