3.2.11.2 Aktives Warten

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{{#index:Aktives Warten|Warten, aktiv|Geschäftiges Warten|Busy Waiting}}
'''Aktives Warten''', manchmal auch als '''Geschäftiges Warten''' oder auf Englisch '''Busy Waiting''' bezeichnet, ist eine recht einfache Technik, um Prozesse oder Threads zu Synchronisieren.
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<loop_index id="5fa9783bcd828">Aktives Warten</loop_index><loop_index id="5fa9789556960">Warten, aktiv</loop_index><loop_index id="5fa9789556963">Geschäftiges Warten</loop_index><loop_index id="5fa9789556965">Busy Waiting</loop_index>
<loop_area type="notice">
'''Aktives Warten''', manchmal auch als '''Geschäftiges Warten''' oder auf Englisch '''Busy Waiting''' bezeichnet, ist eine recht einfache Technik, um Prozesse oder Threads zu synchronisieren.
<p>
Findest du heraus, welchen großen Nachteil ''aktives Warten'' besitzt? Lies' mal weiter, wir kommen ganz am Ende dieser Seite auf diese Frage zurück.
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</loop_area>
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==== Definition: Aktives Warten ====
== Definition: Aktives Warten ==
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<loop_area type="definition">
<loop_area type="definition">
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{{#index:Sperrkennzeichen|Sperrvariable|Polling}}
<loop_index id="5fa9783bcd82e">Sperrkennzeichen</loop_index><loop_index id="5fa9783c0773a">Sperrvariable</loop_index><loop_index id="5fa9783c07742">Polling</loop_index><loop_index id="5fa9783c07747">ständiges Abfragen (Polling)</loop_index>
Unter '''aktivem Warten''' versteht man nach <cite>Mandl+2013</cite> das ständige Abfragen eines Sperrkennzeichens am Eingang eines kritischen Abschnitts.
Unter '''aktivem Warten''' versteht man nach <cite id="5fa9783bcd833">Mandl+2013</cite> das ständige Abfragen eines Sperrkennzeichens am Eingang eines kritischen Abschnitts.
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</loop_area>
</loop_area>
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Die Technik des ständigen Abfragens ist in der Informatik auch als Polling bekannt. Das genannte Sperrkennzeichen kann eine von mehreren Prozessen oder Threads gemeinsam genutze Variable sein, man spricht dann von einer Sperrvariablen. Das folgende Beispiel geht darauf ein.
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==== Beispiel für aktives Warten ====
== Polling ==
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Der Code des bereits bekannten [[Kritischer_Abschnitt#Beispiel_zu_kritischen_Abschnitten|Beispiels zu kritischen Abschnitten]] wird um eine (globale) Sperrvariable erweitert, beide Threads haben damit Zugriff auf diese Variable:
</p>
 
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<loop_area type="sourcecode">
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<span style="font-family:Courier">
static int lock = 0;
</span>
</p>
</loop_area>
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Besitzt <span style="font-family:Courier">lock</span> den Wert Null, so definiert man, dass sich aktuell kein Prozess oder Thread in seinem kritischen Abschnitt befindet. Der kritische Abschnitt darf also betreten werden, dabei muss <span style="font-family:Courier">lock</span> auf Eins gesetzt werden.
</p>
<p>
Direkt bevor der kritische Abschnitt wieder verlassen wird, wird <span style="font-family:Courier">lock</span> auf Null zurück gesetzt.
</p>
<p>
Alle beteiligten Prozesse oder Threads müssen beim Betreten eines kritischen Bereichs den Wert von <span style="font-family:Courier">lock</span> prüfen, und gegebenenfalls warten.
</p>
 
<p>
<loop_area type="sourcecode">Beim Betreten des kritischen Abschnitts:
<p>
<span style="font-family:Courier">
while (lock==1);<br />
lock = 1;
</span>
</p>
</loop_area>
</p>
 
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<loop_area type="sourcecode">Direkt vor dem Verlassen des kritischen Abschnitts:
Die Technik des ''ständigen Abfragens'' ist in der Informatik auch als ''Polling'' bekannt. Das genannte ''Sperrkennzeichen'' kann eine von mehreren Prozessen oder Threads gemeinsam genutzte Variable sein, man spricht dann von einer ''Sperrvariable''. Im [[Aktives Warten mit while|folgenden Kapitel]] gibt es dazu ein Beispiel.
<p>
<span style="font-family:Courier">
lock = 0;
</span>
</p>
</loop_area>
</p>
</p>


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==== Aufgabe 1 ====
<p>
<loop_area type="task">
<loop_task title="Die Bedeutung des Semikolons!">
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Die Codezeile
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<p>
<p>
<span style="font-family:Courier">while (lock==1);</span>
</p>
<p>
ist sehr wichtig. Hier wird der Wert von <span style="font-family:Courier">lock</span> geprüft und gegebenenfalls gewartet. Die Sache mit dem Warten kannst du aber nur verstehen, wenn du die Bedeutung des Semikolons ganz am Ende der Codezeile kennst.
</p>
<p>
Erläutere: Welche Bedeutung hat das Semikolon in Verbindung mit dem <span style="font-family:Courier">while</span>?
</p>
<p>
<small>(PS.: Die <span style="font-family:Courier">while</span>-Schleife ist auch der Grund für den großen Nachteil des aktiven Wartens, siehe letzte Aufgabe ganz unten auf dieser Seite!)</small>
</p>
</loop_task>
</loop_area>
</p>


<br />
== So geht es weiter: ==
<p>
Nachdem nun bekannt ist, welcher Code zur Implementierung des aktiven Wartens notwendig ist, kann dieser an den entsprechenden Stellen des [[Kritischer_Abschnitt#Beispiel_zu_kritischen_Abschnitten|Beispielprogramms]] eingepflegt werden.
</p>
</p>
<br />
==== Aufgabe 2 ====
<p>
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<loop_area type="task">
<loop_area type="arrangement"><loop_toc> </loop_toc></loop_area>
<loop_task title="Aktives Warten implementieren">
<p>
Tu es!<br />
Füge den für das aktive Warten nötigen Code dem [[Kritischer_Abschnitt#Beispiel_zu_kritischen_Abschnitten|Beispielprogramm]] hinzu.
</p>
<spoiler text="Lösung">
<p>
<loop_listing title="Beispiel: Aktives Warten" description="Ein Java-Programm mit zwei Threads. Aktives Warten soll ein gleichzeitiges Betreten der kritischen Abschnitte verhindern.">
<source lang="java" line="true">
public class Beispiel_Aktives_Warten {
 
static int counter = 0;
static int lock = 0;
 
public static class Thread_A extends Thread {
public void run() {
do_something();          // unkritisch
count_from_10();        // kritisch !!!
do_something_else();    // unkritisch
}
private void do_something() {
// unkritischer Abschnitt
System.out.println("Thread_A: unkritisch");
}
private void count_from_10() {
// Vorsicht: kritischer Abschnitt!
while (lock == 1);
lock = 1;
 
counter = 10;
counter++;
counter++;
System.out.println("A-Counter: " + counter);
 
lock = 0;
}
private void do_something_else() {
// unkritischer Abschnitt
System.out.println("Thread_A: wieder unkritisch");
}
}
public static class Thread_B extends Thread {
public void run() {
System.out.println("Thread_B ist gestartet.");
while (lock == 1);
lock = 1;
 
counter = 20;
counter++;
counter++;
counter++;
counter++;
counter++;
counter++;
System.out.println("B-Counter: " + counter);
 
lock = 0;
}
}
 
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread_A();
Thread b = new Thread_B();
a.start();
b.start();
}
 
}
</source>
</loop_listing>
</p>
</spoiler>
</loop_task>
</loop_area>
</p>
 
<br />
==== Aufgabe 3 ====
<p>
<loop_area type="task">
<loop_task title="Der Nachteil des aktiven Wartens">
<p>
Welchen großen Nachteil besitzen alle Verfahren, die nach dem Prinzip des aktiven Wartens verfahren?
</p>
<spoiler text="Tipp">
<p>
Denk mal daran, wie sinnvoll die CPU beschäftigt wird.
</p>
</spoiler>
</loop_task>
</loop_area>
</p>
</p>


<div class="autoit_do_not_print">
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Aktuelle Version vom 10. November 2020, 13:48 Uhr

Aktives Warten, manchmal auch als Geschäftiges Warten oder auf Englisch Busy Waiting bezeichnet, ist eine recht einfache Technik, um Prozesse oder Threads zu synchronisieren.


Definition: Aktives Warten

Definition

Unter aktivem Warten versteht man nach Mandl 2013 das ständige Abfragen eines Sperrkennzeichens am Eingang eines kritischen Abschnitts.


Polling

Die Technik des ständigen Abfragens ist in der Informatik auch als Polling bekannt. Das genannte Sperrkennzeichen kann eine von mehreren Prozessen oder Threads gemeinsam genutzte Variable sein, man spricht dann von einer Sperrvariable. Im folgenden Kapitel gibt es dazu ein Beispiel.


So geht es weiter:

Gliederung
3.2.11.2 Aktives Warten
3.2.11.2.1 Aktives Warten mit while
3.2.11.2.2 Das Problem des ungünstigsten Moments
3.2.11.2.3 Aktives Warten mit TSL


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