Esame: Programmazione concorrente thread

Cosa sono i thread?

I thread sono unità di esecuzione leggera che condividono lo stesso spazio di memoria in un programma.

Vantaggi dei thread

- Maggiore efficienza - Risposta rapida - Utilizzo migliore delle risorse

Cosa significa programmazione concorrente?

La programmazione concorrente è un paradigma che consente l'esecuzione di più thread contemporaneamente.

Cosa sono i processi?

I processi sono programmi in esecuzione che hanno il proprio spazio di memoria, distinto dai thread.

Thread vs Processo

I thread condividono la stessa memoria, mentre i processi hanno memorie isolate.

Cosa è un thread principale?

Il thread principale è il primo thread creato all'avvio di un programma.

Obiettivo della programmazione concorrente

Ottimizzare l'uso delle risorse di sistema e migliorare le prestazioni delle applicazioni.

Vero o Falso: I thread sono pesanti.

Falso. I thread sono leggeri rispetto ai processi e condividono risorse.

Cosa è il contesto di un thread?

Il contesto di un thread comprende lo stato del thread, inclusi registri e stack.

Esempio di creazione di un thread

In Java: Thread t = new Thread(); t.start();

Cosa è la modalità di esecuzione concorrente?

Consente a più thread di essere eseguiti simultaneamente, migliorando l'efficienza.

Cosa sono le risorse condivise?

Le risorse condivise sono dati o oggetti che più thread possono utilizzare simultaneamente.

Cosa sono i thread daemon?

Thread che eseguono operazioni in background e terminano quando non ci sono più thread attivi.

Cosa è la creazione di un thread?

Il processo di avvio di un nuovo thread nella memoria del programma.

Cosa è il ciclo di vita di un thread?

Include stati come 'nuovo', 'attivo', 'in attesa' e 'terminato'.

Cosa è un thread bloccato?

Un thread è bloccato se è in attesa di una risorsa o di un evento.

Esempio di utilizzo dei thread

Scaricare file e aggiornare l'interfaccia utente simultaneamente.

Cosa è la memoria condivisa?

Spazio di memoria accessibile a più thread in modo simultaneo.

Cosa è l'overhead dei thread?

Il tempo e le risorse necessarie per gestire la creazione e il mantenimento dei thread.

Cosa è la concorrenza?

La capacità di eseguire più operazioni in parallelo, migliorando l'efficienza generale.

Thread

Un thread è il più piccolo insieme di istruzioni che può essere gestito in modo indipendente dal sistema operativo.

Creazione di un thread

Un thread può essere creato utilizzando classi come Thread in Java o librerie come pthread in C.

Domanda: Come si avvia un thread?

Un thread si avvia chiamando il metodo start() sull'oggetto thread.

Terminazione di un thread

Un thread può terminare naturalmente quando completa la sua esecuzione o può essere interrotto.

True o False: I thread possono condividere la memoria.

Vero. I thread condividono lo stesso spazio di memoria del processo padre.

Join

Il metodo join() consente a un thread principale di attendere il completamento di un thread secondario.

Differenza tra processi e thread

I processi hanno spazi di memoria separati, mentre i thread condividono lo stesso spazio di memoria.

Esempio di creazione di un thread in Java

public class MyThread extends Thread { public void run() { // codice } }

Thread pool

Un thread pool è un insieme di thread riciclati per eseguire compiti, migliorando l'efficienza.

Domanda: Cosa fa il metodo sleep()?

Il metodo sleep() sospende l'esecuzione di un thread per un certo periodo di tempo.

Interruzione di un thread

Un thread può essere interrotto utilizzando il metodo interrupt(), che segnala che il thread dovrebbe fermarsi.

Concorrenza

La concorrenza permette a più thread di eseguire simultaneamente, migliorando le prestazioni.

Deadlock

Il deadlock è una situazione in cui due o più thread attendono l'uno per l'altro, bloccando l'esecuzione.

Esempio di uso di synchronized

public synchronized void metodo() { // codice protetto }

Runnable

Un'interfaccia che deve essere implementata per definire il codice di esecuzione di un thread.

Wait e Notify

wait() sospende un thread, notify() risveglia un thread in attesa su un oggetto.

Thread locali

Variabili locali per ogni thread, utili per mantenere dati privati senza conflitto.

Fork/Join framework

Un framework per gestire la parallelizzazione in modo efficiente dividendo i compiti.

Executor framework

Gestisce i thread e offre un'astrazione per l'esecuzione di compiti in parallelo.

Domanda: Che cosa fa il metodo yield()?

yield() suggerisce al sistema operativo di passare a un altro thread di pari priorità.

Sincronizzazione

Tecnica per coordinare l'accesso a risorse condivise tra più thread.

Mutex

Mutual exclusion: strumento che blocca l'accesso a risorse condivise da più thread.

Vero o Falso: I mutex possono essere ricorsivi.

Vero. Alcuni mutex supportano il locking ricorsivo, permettendo allo stesso thread di acquisirli più volte.

Sezione critica

Parte di codice dove si accede a risorse condivise. Solo un thread alla volta deve entrarci.

Semaphore

Strumento di sincronizzazione che controlla l'accesso a risorse limitate attraverso contatori.

Differenza tra Mutex e Semaphore

Mutex: uno alla volta. Semaphore: più thread in base al conteggio.

Condizione di attesa

Situazione in cui un thread si ferma in attesa che una condizione diventi vera.

Variabile di condizione

Meccanismo per segnalare a un thread che una certa condizione è cambiata.

Come si usa un mutex?

1. Acquisire il mutex. 2. Eseguire codice nella sezione critica. 3. Rilasciare il mutex.

Race condition

Situazione in cui il comportamento del programma dipende dall'ordine di esecuzione dei thread.

Deadlock

Condizione in cui due o più thread sono bloccati in attesa l'uno dell'altro.

Prevenzione del deadlock

1. Ordinare le risorse. 2. Timeout. 3. Evitare il blocco circolare.

Monitor

Costrutto che combina mutex e variabili di condizione per la sincronizzazione.

Barrier

Tecnica di sincronizzazione che blocca i thread finché un certo numero di essi non raggiunge un punto comune.

Thread starvation

Situazione in cui un thread non riesce mai a ottenere accesso alla risorsa.

Fill in the blank: Un ___ è utilizzato per garantire l'accesso esclusivo a risorse condivise.

mutex

Spinlock

Tipo di mutex che occupa il thread in un ciclo di attesa attiva fino al rilascio.

True or False: I semafori possono avere un valore negativo.

Vero. Un semaforo può diventare negativo indicando thread in attesa.

Esempio di variabile di condizione

Thread A aspetta che il valore di una variabile arrivi a un certo limite.

Resource allocation graph

Grafico usato per analizzare e prevenire il deadlock nei sistemi di threading.

Condizione di gara

Situazione in cui due o più thread accedono a risorse condivise. Risultato imprevedibile.

Come evitare una condizione di gara?

Utilizzare meccanismi di sincronizzazione come mutex o semafori.

Vero o falso: I thread possono corrompere i dati.

Vero. Senza sincronizzazione, i thread possono modificare dati condivisi in modo indesiderato.

Starvation

Un thread non ottiene mai accesso alle risorse. Può succedere in presenza di priorità elevate.

Deadlock

Situazione in cui due o più thread sono bloccati in attesa di risorse l'uno dall'altro.

Come risolvere un deadlock?

Utilizzare timeout, ordinamento delle risorse o algoritmi di prevenzione.

Vero o falso: Un thread può terminare un altro thread.

Falso. Un thread non può forzare la terminazione di un altro; deve usare segnali.

Thread non responsivo

Un thread che non risponde causa blocco dell'applicazione. Usare timer o watchdog.

Come si verifica un starvation?

Monitorare il tempo di esecuzione dei thread e le loro priorità.

Mutex vs Semaforo

Mutex: accesso esclusivo. Semaforo: conta risorse disponibili.

Vero o falso: I mutex possono essere utilizzati da più thread simultaneamente.

Falso. I mutex consentono l'accesso solo a un thread alla volta.

Vantaggi della programmazione concorrente

Migliore utilizzo delle CPU, risposte più veloci e maggiore efficienza.

Fill in the blank: La ____ è una situazione in cui i thread aspettano l'uno per l'altro.

deadlock

Meccanismi di sincronizzazione

Mutex, semafori, barriere, variabili di condizione.

Che cosa provoca un deadlock?

Risorse circolari, mancanza di timeout.

Esempio di deadlock

Thread A blocca risorsa 1, Thread B blocca risorsa 2. Attesa reciproca.

Come prevenire starvation?

Rotazione delle priorità dei thread, garantire accesso equo.

Tuning delle prestazioni dei thread

Regolare il numero di thread, gestire le priorità.

Vero o falso: Il polling è un metodo efficace per la sincronizzazione.

Falso. Il polling è inefficiente e consuma risorse.

Esempio di sincronizzazione con mutex

pthread_mutex_lock(&mutex); // codice critico; pthread_mutex_unlock(&mutex);