ThreadingModelle

ThreadingModelle bezeichnet Ansätze, wie mehrere Ausführungseinheiten (Threads) innerhalb eines Prozesses oder Betriebssystems gemanagt und dem Kernel zugeordnet werden. Ziel ist es, Parallelität, Reaktionsfähigkeit und Ressourcennutzung zu optimieren. Grundsätzlich unterscheiden sich ThreadingModelle danach, wie viele Benutzer-Threads auf Kernel-Threads abgebildet werden und wer die Planung übernimmt: im Kern zwischen Benutzer-Threads, Kernel-Threads oder einer Mischung aus beidem.

Many-to-one-Modell: Bei diesem Modell werden mehrere Benutzer-Threads auf einen einzigen Kernel-Thread abgebildet. Das Scheduling erfolgt vollständig in der Benutzerebene. Vorteile sind ein geringer Implementierungsaufwand und niedriger Kontextwechsel-Overhead. Nachteile sind eingeschränkte Parallelität auf Mehrkern-Systemen, da nur ein Kernel-Thread den Prozess ausführt; ein Blockieren eines Threads blockiert den gesamten Prozess. Dieses Modell ist heute selten in Mainstream-Systemen zu finden, wird aber oft in rein benutzeroberflächennahen Libraries oder historischen Green-Thread-Lösungen genutzt.

One-to-one-Modell: Hier besitzt jeder Benutzer-Thread einen eigenen Kernel-Thread. Dadurch lässt sich echte Parallelität nutzen, Fehlerbehandlung ist isolierter und Ressourcenplanung direkter. Vorteile umfassen gute Skalierbarkeit auf Mehrkernprozessoren und robustes Scheduling. Nachteile sind höherer Ressourcenbedarf und erhöhte Kernel-Komplexität, was zu größerem Overhead bei Thread-Erstellung und -Beendigung führen kann.

Many-to-many-Modell: Mehrere Benutzer-Threads können mehreren Kernel-Threads zugeordnet werden, was eine flexible Zuweisung von Threads zu Prozessorkernen erlaubt. Vorteile sind bessere Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit, Nachteil ist die Komplexität der Implementierung sowie potenzielle Leistungsschwankungen durch Scheduling-Hierarchien. Dieses Modell war historisch in einigen Unix-Systemen verbreitet, wird in modernen Umgebungen seltener direkt verwendet.

Hybrid-Modelle: Einige Systeme kombinieren Eigenschaften der Modelle, etwa durch eine Poolstruktur von Benutzer-Threads, die auf eine kleinere Menge Kernel-Threads abgebildet werden. Dabei wird Scheduling-Logik sowohl auf Benutzer- als auch Kernel-Ebene genutzt. Die Wahl des Modells beeinflusst Latenz, Durchsatz und Fehlerbehandlung sowie Portabilität von Software.