3 Prozesse und Threads

Eine Verarbeitungsvorschrift, die so präzise formuliert ist, dass sie auch von einer Maschine abgearbeitet werden kann.

• eindeutig

• ausführbar

• endlich

• Befehlen (Codebereich, Textbereich)

• Programmdaten (Datenbereich)

• Einheit des Ressourcen besitzes

  • eigener (wirtueller) Adressraum

• Einheit der Ablaufplanung / Ausführung

  • Ausführung folgt einem Weg (Trace) durch ein Programm

C D S I

• C

  • Codesegment

• D

  • Datensegment

• S

  • Stacksegment

• I

  • Statusinformation

• Jeder Prozess besitzt eigene Umgebung (Instanz)

• Jeder Prozess kann andere Prozesse erzeugen oder mit ihnen Kommunizieren

• Prozesse können voneinander abhängen

  • solche müssen sich untereinander synchonisieren

• Prozesse können eigenschaften zugeordnet werden, aus welchen sich Abarbeitungsreihenfolge ergibt

• Die Speicherung von Prozesszuständen erfolg in einer Prozesstabelle

• Ein Eintrag in Prozesstabelle heißt Prozesskontrollblock (PCB).

• Programm wird geladen (und damit zum Prozess)

• Speicherbereich & Ressourcen wernden zugeteilt

• Prozess wird abgearbeitet, Statusinformation sofort ausgewertet

• Daten werden ausgegeben und/oder gespeichert

• Prozess wird beendet und aus Speicher entfernt

Wird gerade auf Prozessor ausgeführt

Wartet auf Ausführung von Prozessor UND ist sofort bereit zur Ausführung

Alle Prozesse welche auf ein Ergebnis warten

z.B.

Eingabe oder Nachricht von anderem Prozess

Alle Prozesse welche ihre Ausführung beendet haben.

Inaktiver Prozess der bei Aktivierung noch berücksichtigt werden muss

Prozess der sich nicht im Hauptspeicher befindet und zur bearbeitung erst noch in den Hauptspeicher geladen werden muss.

Er ist ein sequenzieller Ablauf, der teil eines Prozesses ist.

In Multithreading-Betriebssystemen kann ein Prozess mehrere Thread haben, die unabhängig voneinenander Aufgaben ausführen. Die ermöglicht parallele Verarbeitung innerhalb eines einzelnen Programms.

• Prozess

  • Einheit des Ressourcenbesitzes und des Schutzes

• Thread

  • Einheit der Ausführung (Prozessorzuteilung)

    • “Ausführungsfade“

Innerhalb eines Prozesses sind mehrere Thread’s möglich.

• Bei Blockierung eines Thread’s (z.B. durch I/O) können andere weiterarbeiten

• Kürzere Reaktionszeiten auf Benutzereingaben sind möglich

• Bei MultiCPU Systemen

  • echte parallele Abarbeitung von Prozessen/Thread’s möglich

• Hardwareseitiges MultiThreading (z.B. Hyperthreading) möglich

• Daten eines Prozesses zum anderen bringen

• Sicherstellen, dass Prozesse sich nicht in den Weg kommen

• Sicherstellen, dass eine Reihenfolge eingehalten wird

• Kommunikation über gemeinsamen Speicherbereich.

• Kommunikaiton über gemeinsame Daten.

• Kommunikation über Pipes.

• Kommunikation über Signale.

• Kommunikation über Nachrichten.

• Kommunikation über Streams.

• Kommunikation über Prozedur-Fernaufrufe.

• Prozesse Konkurieren um Nutzung gemeinsamer, exklusiv nutzbarer Betriebsmittel

  • Zwei Prozesse greifen verändernd auf gemeinsame Daten zu

• Prozesse sind voneinander abhängig

  • Ein Prozess erzeugt daten, die von anderem Prozess weiterverarbeitet werden sollen

Da sonst daten aus gemeinsammen Betriebsmitteln Inkonsisten sein können.

Wenn zwei Thread’s auf die gleichzeitig auf die dieselbe Ressource zugreifen, können dabei die Ergebnisse durcheinander gebracht werden.

Ein Teil eines Code’s - bei dem nicht mehr als ein Thread gleichzeitig ausgeführt werden sollte. (Z.B. Programmabschnitt bei dem auf gemeinsam genutzte Daten zugegriffen werden soll)

Wenn alle beteiligten Prozesse auf die Freigabe von mindestem einem Betriebsmittel warten, dass ein anderer Prozess bereits exclusiv belegt hat.

• Höchstens ein Prozess darf sich in Critical Section aufhalten

  • Korrektheit

• Es dürfen keine Annahmen über Ausführungsgeschwindigkeiten oder Anzahl der Prozesse gemacht werden

• Kein Prozess der sich innerhalb der Critical Section befindet darf anderen blockieren

• Kein Prozess soll unendlich lange warten müssen, bis er in Critical Section eintreten darf

Letzte Beiden Punkte dienen der Stabilität.

Sie sollten Prozessverklemmungen verhindern.

Für jede zu schützende Datenmenge wird Variable angelegt.

Variable Signalisiert Zustand der Datenmenge.

(Belegt, unbelegt)

Monitor

Speichert wer zugriff auf gemeinsamen Punkt haben möchte und gibt ihn in der gewünschten reihenfolge immer weiter frei, an den nächsten in der reihe, wenn er unbelegt ist.

• Wechselseitiger Ausschluss:

  • Jede Ressource kann zu einem Zeitpunkt von höchstens einem Prozess genutzt werden.

• Hold-and-Wait (Besitzen und Warten):

  • Ein Prozess, der bereits Ressourcen besitzt, kann noch weitere Ressourcen anfordern.

• Ununterbrechbarkeit (kein Ressourcenentzug):

  • Einem Prozess, der im Besitz einer Ressource ist, kann diese nicht gewaltsam entzogen werden.

• Zyklisches Warten:

  • Es gibt eine zyklische Kette von Prozessen, bei der jeder Prozess auf eine Ressource wartet, die vom nächsten Prozess in der Kette belegt ist.

• Bedingungen 1-3 sind notwendige Bedingungen, aber nicht hinreichend. Bedingung 4 ist eine potentielle Konsequenz aus 1-3.

• Die Unauflösbarkeit des zyklischen Wartens ist eine Folge aus 1-3.

• Alle vier Bedingungen zusammen sind notwendig und hinreichend für eine Verklemmung.

• Konsequenz: Wenn eine der Bedingungen unerfüllbar ist, können keine Deadlocks auftreten.

• Vogel-Strauß-Algorithmus

  • nichts tun und hoffen, dass alles gut geht

• Deadlock-Erkennung und -Behebung

  • lässt zunächst alle Anforderungen zu, löst ggf. Deadlock auf

• Deadlock-Avoidance (Deadlock-Vermeidung)

  • BS lässt Ressourcenanforderung nicht zu, wenn dadurch ein Deadlock entstehen könnte

• Deadlock-Prevention (Deadlock-Verhinderung)

  • macht eine der 4 Deadlock-Bedingungen unerfüllbar

Achtung: Unterscheidung von Verhinderung bzw. Vermeidung