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Writerside/in.tree

@@ -12,6 +12,7 @@
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+            <toc-element topic="08_Threads.md"/>
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         <toc-element toc-title="OOAD">
             <toc-element topic="IntroductionOOAD.md"/>
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-
 </instance-profile>

Writerside/topics/BS/08_Threads.md

@@ -0,0 +1,73 @@
+# Threads
+- **Kleinste ausführbare Einheit** innerhalb eines Prozesses
+- ermöglichen **flexiblere**, **reaktionsschnellere** und **effizientere** Programmierung
+
+- müssen sorgfältig überwacht werden, um Probleme zu vermeiden
+  - bspw. [Deadlocks](07_Prozesssynchronisation.md#deadlock) oder Rennbedingungen
+
+## Threads vs Prozesse
+| **Merkmal**                                     | **Thread**                                                                                          | **Prozess**                                                                                          |
+|-------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------|
+| Definition                                      | Kleinste ausführbare Einheit innerhalb eines Prozesses                                              | Unabhängiges Programm in Ausführung                                                                  |
+| Ressourcenzuweisung                             | Teilen denselben Adressraum & Ressourcen innerhalb eines Prozesses                                  | Haben eigenen Adressraum und separate Ressourcen                                                     |
+| Kommunikation                                   | direkter Zugriff auf gemeinsame Daten<br/>erfordert synchronisierte Mechanismen                     | erfordert aufwändige Mechanismen wie IPC                                                             |
+| [Synchronisation](07_Prozesssynchronisation.md) | benötigt Synchronisationsmechanismen um Rennbedingungen zu vermeiden                                | Isoliert voneinander, weniger Rennbedingungen,<br/>aber schwerere Synchronisation zwischen Prozessen |
+| Overhead                                        | **geringerer Overhead**                                                                             | höherer Overhead, da separate Adressräume und Ressourcen                                             |
+| Ressourcennutzung                               | **effiziente Nutzung innerhalb desselben Prozesses**                                                | höherer Ressourcenverbrauch aufgrund separater Adressräume                                           |
+| 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        |
+| Fehlerisolierung                                | Scheitern eines Threads kann gesamten Prozess beeinträchtigen                                       | **Isoliert**, Scheitern beeinflusst keine anderen Prozesse                                           |
+
+- Thread wird auch als _Aktivitätsträger_ oder _leichtgewichtiger Prozess_ benannt
+  - ist immer Teil eines Prozesses
+    - Prozess kan viele Threads gleichzeitig enthalten
+      - werden unabhängig voneinander (_ähnlich Prozesse_) abgearbeitet
+    - Prozess besteht bei Erzeugung aus einem Thread
+      - wird impliziert mit dem Prozess erzeugt
+
+| **Thread**                              | **Prozess**                         |
+|-----------------------------------------|-------------------------------------|
+| Leichter Prozess                        | Programm in Ausführung              |
+| Gehört zu Prozess                       | Vollständig isoliert                |
+| gemeinsamer Speicher                    | eigener Speicher                    |
+| geringer Ressourcenverbrauch            | hoher Ressourcenverbrauch           |
+| niedriger Zeitbedarf bei Kontextwechsel | hoher Zeitbedarf bei Kontextwechsel |
+
+> Abarbeitung von Threads ist ca. 10-100 mal schneller im Vergleich zur Verarbeitung
+> von Prozessen.
+> 
+> Threads nutzen den gleichen Adressraum, was die Kommunikation erleichtert
+
+
+## Erzeugung von neuen Threads
+- Sehr einfach
+  - Code eines Threads ist eine **normal definierte Funktion**, die wieder andere Funktionen aufrufen kann
+  - werden von Systemaufrufen gestartet
+    - Systemaufruf bekommt die Threadfunktion als Parameter übergeben
+
+## Threads implementieren
+- Threads sind i.d.R. im Kern implementiert, ähnlich wie Prozesse
+- Threads haben dieselben Zustände wie Prozesse, Bedeutung der Zustände ist identisch
+- Kann in vielen Programmiersprachen und Systemen realisiert werden
+  - bspw. _C, C++, C#, Java, Python, Swift, ..._
+
+### Befehle mit [POSIX API](06_prozessstruktur.md#posix-api)
+- **pthread_create** - Erzeugen eines Threads
+- **pthread_exit** - Beenden eines Threads
+- **pthread_join** - Warten auf Ende eines Threads
+- **pthread_yield** - Aufgaben der CPU
+
+## Fork-Join-Modell
+- Paradigma für die parallele Programmierung 
+  - Erstellen von Threads (**fork**) und Zusammenführen von Threads (**join**)
+- wird gerne in rekursiven Algorithmen verwendet
+  - große Aufgabe kann in kleinere Teilaufgaben zerlegt werden
+- Jeder Thread kann sich auf eine Teilaufgabe konzentrieren
+  - Ergebnisse werden die Ergebnisse kombiniert
+
+![image_157.png](image_157.png)
+
+## FORK
+> Durch den Aufruf der Funktion **fork()** in einem Programm werden Threads ebenso wie der
+> gesamte Adressraum des Prozesses kopiert
+> 
+> Es entsteht eine exakte Kopie des aufrufenden Prozesses, einschließlich aller Threads und deren Zustände

Writerside/topics/RA/MU2-3Rechner.md

@@ -1,4 +1,4 @@
-# MU2 und MU3Rechner
+# MU2/3-Rechner
 ## MU2 Rechner
 ## Adressraum vergrößern
 ### Wortbreite vergrößern

Writerside/topics/RA/MU4-5Rechner.md

@@ -1,4 +1,4 @@
-# MU4 und MU5 Rechner
+# MU4/5-Rechner
 ## Registeranzahl erhöhen
 ### Registerarchitektur
 - Gesamtzahl der Register ist normalerweise eine Zweierpotenz