Concurrency an der Universität Duisburg-Essen

Karteikarten und Zusammenfassungen für Concurrency an der Universität Duisburg-Essen

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Kriterien für den kritischen Abschnitt

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Was ist Concurrency?

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Unterschied zwischen paralleler und nebenläufiger Ausführung

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Was ist ein nebenläufiges Programm?

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Was ist Fairness?

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Safety und Liveness

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Rust- Grundlagen

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Was ist der kritische Abschnitt?

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Procuder-Consumer-Problem

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Rust- Mutex

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Readers & Writers Problem

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Rust- Programm erstellen

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Concurrency

Kriterien für den kritischen Abschnitt
Mutual Exclusion: Niemals mehr als ein Prozess gleichzeitig im kritischen Abschnitt —> Safety- Eigenschaft
Freedom from Deadlock: wenn ein oder mehr Prozesse in kritischen Bereich eintreten wollen, dann muss einer der Prozess in den kritischen Abschnitt eintreten —> Liveness- Eigenschaft
Freedomm from Starvation: wenn ein Prozess in den kritischen Abschnitt eintreten will, muss genau dieser Prozess nach endlichen Schritten in den kritischen Abschnitt eintreten —> Liveness-Eigenschaft

Concurrency

Was ist Concurrency?
Zwei oder mehrere Events laufen SCHEINBAR parallel
Concurrency im Alltag:
Multitasking: Schedular im Betriebssystem, Input/ Output, Multithreading
mehrere Rechner: verteilte Systeme, spezieller Prozessor, Multiprozessorsysteme
Herausforderung von nebenläufige Programmierung: Synchronisation und Kommunikation von Prozessen

Concurrency

Unterschied zwischen paralleler und nebenläufiger Ausführung
Parallel: Programme werden auf mehrere Prozessoren verteilt
nebenläufig: ein Prozessor, der zwischen den Programmen dynamisch wechselt

Concurrency

Was ist ein nebenläufiges Programm?
Endliche Menge von sequentiellen Prozessen
Abarbeitung von atomaren Anweisungen
Anweisungen beliebig verschachtelt
Ausführung ist Resultat einer möglichen Durchführung —> Szenario
führt nur manchmal zum erwartenden Resultat
—> Programmierfehler schwer reproduzierbar
—> Debuggen schwer

Concurrency

Was ist Fairness?
Atomare Anweisungen, welche kontinuierlich in einem Prozess aktiviert ist, nach endlichen Schritten ausgeführt werden
wird im Betriebssystem definiert
keine Voraussetzung für Scheduling

Concurrency

Safety und Liveness
Safety: Eigenschaft, die immer erfüllt sein muss —> Niemals ist etwas „Schlechtes“ erfüllt
Liveness: Eigenschaft, die nach endlichen Schritten erfüllt wird und sollte für alle Kombinationen gelten —> etwas gutes trifft ein
Achtung: wenn Liveness nicht erfüllt ist, dass muss Safety NICHT automatisch erfüllt sein

Concurrency

Rust- Grundlagen
Datentypen:
—> Wahrheitswerte Bool
—> Ganze Zahlen mit Vorzeichen i8, i16, i32, i64, i128
—> Ganze Zahlen ohne Vorzeichen u8, u16, u32, u64, u128
–> Fließkommazahlen f32, f64
–> Zeichenkette str
—> String
—> Vec
Operatoren
—> Mathematisch
—> Logisch
Verzweigung
if Bedingung {
//code}
else in Bedingung2 {
//code}
Else {code}
Schleifen
– for a in b {//code}
– while Bedingung {//code}

Concurrency

Was ist der kritische Abschnitt?
Mehrere Prozesse greifen auf eine gemeinsame geteilte Ressource zu
Ressourcen, die im Initialisierungscode oder im Abschlusscode verwendet werden, dürfen weder im kritischen noch im nicht-kritischen Abschnitt verändert werden

Concurrency

Procuder-Consumer-Problem
Procuder erzeugen Daten und leiten Daten an Consumer weiter (produce)
Consumer verarbeiten Daten, welche von den Producern erzeugt werden (consume)
Erzeuger führt die Anweisung appen, um ein Datenelement an Ende der Queue/ des Buffers anzuhängen
Verbraucher nutzen Anweisung take, um am Anfang der Queue ein Datenelement herauszunehmen
Leerer Speicher: Verbrauch können KEIN ELEMENT aus dem leeren Speicher entnehmen
Voller Speicher: Erzeuger kann KEIN ELEMENT an einen vollen Buffer anhängen

Concurrency

Rust- Mutex
Smart Pointer
lock()
—> wartet bis Mutex unlocked ist
—> blockiert den Mutex
Unlock erfolgt implizit

Concurrency

Readers & Writers Problem

Klassischer Anwendungsfall für Monitore
2 Klassen von Prozessen
—> Readers: Lesende Prozesse, die darauf angewiesen sind, dass es aktuell keine schreibenden Prozesse gibt
—> Writers: Schreibende Prozesse, die darauf angewiesen sind, dass es sowohl keine aktuell ausführende lesenden als auch schreibenden Prozesse gibt
Zugriff auf Datenbank (DB)
—> lesende Prozesse können parallel auf die DB zugreifen
—> schreibende Prozesse benötigen exklusiven Zugriff

Concurrency

Rust- Programm erstellen
Manuell:
—> $rustc hello_world.rs
—>$./hello.world oder $hello_world.exe
mit Cargo:
—> $Cargo new-bin hello_world
—> Cargo run

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