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# Threads
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- **Kleinste ausführbare Einheit** innerhalb eines Prozesses
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- ermöglichen **flexiblere**, **reaktionsschnellere** und **effizientere** Programmierung
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- müssen sorgfältig überwacht werden, um Probleme zu vermeiden
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- bspw. [Deadlocks](07_Prozesssynchronisation.md#deadlock) oder Rennbedingungen
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## Threads vs Prozesse
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| **Merkmal** | **Thread** | **Prozess** |
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| Definition | Kleinste ausführbare Einheit innerhalb eines Prozesses | Unabhängiges Programm in Ausführung |
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| Ressourcenzuweisung | Teilen denselben Adressraum & Ressourcen innerhalb eines Prozesses | Haben eigenen Adressraum und separate Ressourcen |
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| Kommunikation | direkter Zugriff auf gemeinsame Daten<br/>erfordert synchronisierte Mechanismen | erfordert aufwändige Mechanismen wie IPC |
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| [Synchronisation](07_Prozesssynchronisation.md) | benötigt Synchronisationsmechanismen um Rennbedingungen zu vermeiden | Isoliert voneinander, weniger Rennbedingungen,<br/>aber schwerere Synchronisation zwischen Prozessen |
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| Overhead | **geringerer Overhead** | höherer Overhead, da separate Adressräume und Ressourcen |
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| Ressourcennutzung | **effiziente Nutzung innerhalb desselben Prozesses** | höherer Ressourcenverbrauch aufgrund separater Adressräume |
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| Erstellung und Terminierung | **schnellere Erstellung und Terminierung**<br/>Terminierung beeinflusst nur den spezifischen Thread | Langsamere Erstellung und Terminierung<br/>Beenden eines Prozesses beendet alle seine Threads |
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| Fehlerisolierung | Scheitern eines Threads kann gesamten Prozess beeinträchtigen | **Isoliert**, Scheitern beeinflusst keine anderen Prozesse |
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- Thread wird auch als _Aktivitätsträger_ oder _leichtgewichtiger Prozess_ benannt
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- ist immer Teil eines Prozesses
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- Prozess kan viele Threads gleichzeitig enthalten
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- werden unabhängig voneinander (_ähnlich Prozesse_) abgearbeitet
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- Prozess besteht bei Erzeugung aus einem Thread
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- wird impliziert mit dem Prozess erzeugt
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| **Thread** | **Prozess** |
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| Leichter Prozess | Programm in Ausführung |
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| Gehört zu Prozess | Vollständig isoliert |
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| gemeinsamer Speicher | eigener Speicher |
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| geringer Ressourcenverbrauch | hoher Ressourcenverbrauch |
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| niedriger Zeitbedarf bei Kontextwechsel | hoher Zeitbedarf bei Kontextwechsel |
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> Abarbeitung von Threads ist ca. 10-100 mal schneller im Vergleich zur Verarbeitung
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> von Prozessen.
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> Threads nutzen den gleichen Adressraum, was die Kommunikation erleichtert
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## Erzeugung von neuen Threads
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- Sehr einfach
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- Code eines Threads ist eine **normal definierte Funktion**, die wieder andere Funktionen aufrufen kann
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- werden von Systemaufrufen gestartet
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- Systemaufruf bekommt die Threadfunktion als Parameter übergeben
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## Threads implementieren
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- Threads sind i.d.R. im Kern implementiert, ähnlich wie Prozesse
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- Threads haben dieselben Zustände wie Prozesse, Bedeutung der Zustände ist identisch
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- Kann in vielen Programmiersprachen und Systemen realisiert werden
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- bspw. _C, C++, C#, Java, Python, Swift, ..._
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### Befehle mit [POSIX API](06_prozessstruktur.md#posix-api)
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- **pthread_create** - Erzeugen eines Threads
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- **pthread_exit** - Beenden eines Threads
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- **pthread_join** - Warten auf Ende eines Threads
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- **pthread_yield** - Aufgaben der CPU
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## Fork-Join-Modell
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- Paradigma für die parallele Programmierung
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- Erstellen von Threads (**fork**) und Zusammenführen von Threads (**join**)
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- wird gerne in rekursiven Algorithmen verwendet
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- große Aufgabe kann in kleinere Teilaufgaben zerlegt werden
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- Jeder Thread kann sich auf eine Teilaufgabe konzentrieren
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- Ergebnisse werden die Ergebnisse kombiniert
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## FORK
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> Durch den Aufruf der Funktion **fork()** in einem Programm werden Threads ebenso wie der
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> gesamte Adressraum des Prozesses kopiert
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> Es entsteht eine exakte Kopie des aufrufenden Prozesses, einschließlich aller Threads und deren Zustände |