MMuKS II

• Ausführungs-Strang in einem Prozess
• Prozess hat min. 1 Thread
• parallel ablaufende Aktivitäten innerhalb eines Prozesses
• Ressourcen gehören dem Prozess und werden von allen Threads des Prozesses gemeinsam genutzt
• VT:
  • Schnellere Umschaltung zwischen Threads
  • Einfache Nutzung gemeinsamer Ressourcen
  • Verteilen von Threads auf mehrere Prozessoren möglich
• NT:
  • Thread kann gesamten Prozess zum Blockieren oder Abstürzen bringen
  • Daten-Inkonsistenzen

Klasse von Thread ableiten

• Thread: implementiert Runnable, run() Methode muss überschrieben werden

Klasse implementiert Interface Runnable

• Runnable: besitzt nur Methode void run(), welche beim Threadstart ausgeführt wird

run() wird durch den Aufruf von start() ausgeführt.

• kontinuierliche Abfolge von Daten
• Daten können unbegrenzte Länge besitzen
• Geschwindigkeit kann variieren
• kann nur sequenziell bearbeitet werden
• Pufferung aus Performancegründen möglich
• kann nur entweder Eingang oder Ausgang sein
• Byte-Stream Klassen:
  • Input-/Outputstream: Byteein- und –ausgabe
  • Bei Bilddateien, ausführbaren Dateien
• Character-Stream Klassen
  • Reader/ Writer: Characterein- und –ausgabe
  • Bei Texten (Tastatureingabe, Textdateien)

• Klasse, von der keine Objekte gebildet werden können
• kann von anderen Klassen geerbt werden, diese müssen Methoden der abstrakten Klasse überschreiben

• Objektorientierte Programmiersprache, keine Funktionen außerhalb von Klassen
• Plattformunabhängig:
  • Java-Programm durch Java-Compiler in Bytecode übersetzt
  • Bytecode durch JVM (Java Virtual Machine) in Maschinencode der verwendeten Hardware übersetzt und ausgeführt

• Client übernimmt nur Aufgabe der Präsentationsschicht (GUI)
• z.B. Webbrowser für statische Web-Seiten
  • Client erhält nur Daten, die zu Ein- und Ausgabe bzw. Präsentation notwendig sind
  • Daten müssen vom Server vollständig aufgebreitet sein = hohe Belastung für Server

• Erweiterung des Clients um die Aufgaben der Anwendungslogik (zur GUI)

• Client verarbeitet Daten (oder Teile davon) selber = Entlastung des Servers

• NT: Installation einer Anwendungslogik auf Client

Synchron

• Client fragt beim Server an, wartet auf Antwort, arbeitet erst nach Eintreffen der Antwort weiter

Asynchron

• Client arbeitet nach Anfrage weiter und wartet nicht erst auf die Antwort

Ein-Weg-Kommunikation

• Rückantwort ist nicht erforderlich

• Überwacht mehrere Netzwerk-Sockets bzw. Ports
• Startet bei Anfrage durch Client den entsprechenden Server
• VT: Spart Systemressourcen, da Server-Prozesse nur bei Bedarf gestartet und anschließend gestoppt werden
• NT: Erhöhung der Antwortzeiten für Client

• Anwendungsprotokoll des Internet Protokollstandards
• Anwendungsschicht, TCP Protokoll
• Datentransfer zwischen Client und Server
• Übertragung von Web-Inhalten im WWW

• Ermöglicht Datenspeicherung eines Web-Servers im Browser
• Erneuter Besuch der Website = Browser sendet Cookie zurück

• Sequenziell:
  • Bearbeiten der Anfrage nach Erhalt, Senden der Rückantwort an Client
  • Danach: Bearbeiten der nächsten Anfrage oder warten auf neue
• Parallel:
  • Start eines neuen Prozesses zur Bearbeitung nach Erhalt einer Anfrage
  • Server-Prozess selbst wartet auf neue Anfrage
  • Bearbeitungsprozess sendet Rückantwort an Client und beendet sich dann selbst

• Aus Web-Seite heraus können http-Anfragen an Server gestellt werden
• Antworten vom Server werden in bestehende HTML-Seite im Browser eingebaut
• (X)HTML, JavaScript, DOM, XML und XMLHttpRequest-Objekt
• Zerlegung der Webseite in einzelne logische Einheiten

1. Präsentationsschicht (GUI)
2. Steuerung
3. Anwendungslogik (Logik)
4. Datenverwaltung
5. Persistenzschicht (Datenhaltung)

Gründe für die Verteilung von Anwendungen:

• Gleichzeitigkeit
• Verteiltes Rechnen
• Ausfallsicherheit (Redundante Ausführung)
• Ressourcenverteilung
• Lastverteilung

Zustandsinvariant

• Anfragen von Clients verändern nicht den Zustand von Objekten auf dem Server. (Bsp.: Time-Server)

Zustandsändernd

• Anfrage von Clients können Objekte auf dem Server ändern

Zustandslos

• Jede Anfrage wird für sich behandelt

Zustandsspeichernd

• Anfragen werden mit vorhergehenden Anfragen in Beziehung gebracht

• Zwischenspeicherung von Daten auf dem Client
• Konsistenzproblem zu den tatsächlichen Daten auf dem Server bzw. zu anderen Cache-Daten auf anderen Clients
• Strategie zur Konsistenzbewahrung:
  • Dirty-bit, write-back, delayed-write, write-on-close, write-through
• Hierdurch werden Chache-Daten auf Aktualität bei Server überprüft.
• Strategie der Lese- und Schreibsperre ist auch möglich

1. Nebenläufigkeit:

Nicht voneinander abhängige Aktivitäten laufen gleichzeitig ab (z.B. Textverarbeitung und MP3-Player)

2. Parallelität:

Mehrere Prozessoren sind an einer Aktivität beteiligt (z.B. Videokompression)

3. Verteiltheit:

Räumliche Aufteilung eines Systems (z.B. Computernetzwerk)

Bereit:

Prozess besitzt alle nötigen Betriebsmittel und ist bereit zu laufen. Wartet auf Zuteilung der CPU.

Rechnend:

Prozess wird von einer CPU ausgeführt.

Wartend:

Prozess ist blockiert und wartet auf ein Ereignis.

Gründe für einen Prozesswechsel sind:

• Prozess ist beendet
• Prozess muss warten
• Betriebssystem wählt anderen Prozess

Warum verbraucht ein Prozesswechsel Zeit?

• Das Betriebssystem verwaltet zu jedem Prozess die zu ihm gehörenden Daten in einem sogenannten PCB (Prozess Control Block).
• Beim Prozess- bzw. Kontextwechsel muss der PCB zweier Prozesse getauscht werden.

• Ein Thread-Wechsel geht wesentlich schneller, da der TCP (Thread Control Block) weniger Informationen enthält.

• Entwickelt von Edsger W. Dijkstra (niederl. Inform)
• Dient der Synchronisation von gemeinsam genutzten Ressourcen (kritische Bereiche)
• Der Semaphor ist eine Variable, die anzeigt, ob ein kritischer Bereich bereits von einem anderen Prozess/Thread betreten wurde
• Ein Zugriff auf den Semaphor muss atomar sein
• Hierfür werden die Zähl-Variablen:

P: passieren und

V: freigeben verwendet

• Die Weiterentwicklung hierzu nennt man Monitorkonzept, wobei hier der Monitor als Objekt (z.B. Klasse) der Semaphoren-Variable entspricht.

• Erzeuger = Prozess welcher Ressource produziert
• Verbraucher = Prozess welcher Ressource verbraucht
• Dient zur Synchronisation des Zugriffs auf den Puffer
• Lösung über 3 Semaphore

MUTEX: wechselseitiger Ausschluss

FULL: zeigt Erzeuger, dass Puffer voll ist

EMPTY: zeigt Verbraucher, dass Puffer leer ist

• Der exklusive Zugriff auf die kritischen Abschnitte wird mit:

WAIT(b): aufrufender Prozess wird blockiert

SIGNAL(b): weckt den blockierten Prozess wieder auf

=   wenn mehrere Prozesse/Threads blockierend auf mehrere Objekte zugreifen wollen

Mögliche Reaktion auf Deadlocks

• Vogel-Strauß-Taktik:

ignorieren

• Hold and Wait:

Jeder Prozess gibt zu Beginn an, welche Betriebsmittel er benötigt. Falls alle benötigten Betriebsmittel gleichzeitig frei sind, bekommt sie ein Prozess auf einmal zugeteilt.

• Circular Wait:

Betriebsmittel werden linear geordnet und in aufsteigender Reihenfolge vergeben.

• Preemption durchführen

Einem Prozess werden Betriebsmittel entzogen, um sie einem anderen zuzuteilen.