STP059: Nebenläufigkeit

Nachdem es in STP015 (Multitasking) bereits um die nacheinanderfolgende Verteilung von Resourcen an verschiedene Prozesse ging, kommt heute echtes "gleichzeitig Arbeiten" dran.Shownotes Rückbezug und Abgrenzung zu STP015 (Multitasking in Betriebssystemen) Definition von Nebenläufigkeit: "in der Informatik die Eigenschaft eines Systems, mehrere Aufgaben, Berechnungen, Anweisungen oder Befehle gleichzeitig ausführen zu können" Definition von Multitasking: "die Fähigkeit eines Betriebssystems, mehrere Aufgaben [...] (quasi-)nebenläufig auszuführen" eins definiert das andere \o/ -> wir schauen auf den Begriffsgebrauch in der Praxis Multitasking: die funktionale Umsetzung einer Multiprozess-Architektur in Hardware und Software (auf Betriebssystem-Ebene) Nebenläufigkeit: die Ertüchtigung von Userspace-Programmen zur Ausnutzung dieser Möglichkeiten unter Wahrung des korrekten Verhaltens Grundproblem: Wie vermeidet man Konflikte und Verwirrung beim Umgang mit geteilten Ressourcen? "Ressource" bedeutet vor allem: Speicherstellen, Dateisystem-Einträge (Dateien und Verzeichnisse), Geräte, (Aufmerksamkeit der Benutzerin) explizit nicht Zeit; darum kümmert sich bereits die Multitasking-Unterstützung des Betriebssystems Race: eine Situation, bei der das Ergebnis (und insbesondere die Korrektheit) mehrerer nebenläufiger Prozesse davon abhängt, in welcher Reihenfolge die einzelnen Rechenschritte verschiedener Prozesse zufälligerweise ausgeführt werden allgemein bekannt als Race Condition (Wettlaufsituation) oder beim Speicherzugriff insbesondere Data Race Beispielsituation: im Arbeitsspeicher liegt ein Zähler mit aktuellem Wert 40; zwei Prozesse A und B wollen diesen Zähler gleichzeitig um 1 erhöhen -> erwarteter Endwert 42 Problem: "Zahl im Arbeitsspeicher verändern" ist nicht, wie Speicherzugriff in CPUs funktioniert (siehe STP007); tatsächlich sind jeweils drei Schritte erforderlich (Einlesen in CPU-Register, Erhöhen um 1, Zurückschreiben in den RAM) möglicher Ausgang: beide Prozesse laufen auf verschiedenen CPUs, lesen gleichzeitig den Wert 40 in ihre CPU-Register, erhöhen gleichzeitig auf 41, schreiben dies zurück -> Ergebnis 41 statt 42 "auf verschiedenen CPUs" ist hier nicht erforderlich: z.B. A liest ein und erhöht, wird unterbrochen, B liest ein und erhöht, B schreibt zurück, wird unterbrochen, A schreibt zurück "zwei Prozesse" ist auch nicht erforderlich: Prozesse können auch in Threads (parallele Ausführungsstränge)