Unterschied zwischen Multithreading und Multiprocessing • BUOM

Da Unternehmen immer mehr Daten ansammeln, müssen sie möglicherweise Änderungen an den von ihnen verwendeten Algorithmen vornehmen, um die Geschwindigkeit und Leistung ihrer Computersysteme zu verbessern. Wenn Sie in den Bereichen Datenwissenschaft, Programmierung oder Informationstechnologie arbeiten, kann es hilfreich sein, sich über die grundlegenden Unterschiede zwischen Multithreading und Multiprocessing zu informieren.

In diesem Artikel definieren wir, was Multithreading und Multiprocessing sind, untersuchen die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Ansätzen und geben Tipps, die Ihnen bei der Entscheidung helfen, wann Sie die einzelnen Methoden verwenden sollten.

Was ist Multithreading?

Multithreading ist eine Programmiertechnik, die einem einzelnen Prozess mehrere Codesegmente zuordnet. Diese Codesegmente, auch Threads genannt, werden gleichzeitig und parallel zueinander ausgeführt. Diese Threads teilen sich den gleichen Speicherplatz im übergeordneten Prozess. Dies spart Systemspeicher, erhöht die Rechengeschwindigkeit und verbessert die Anwendungsleistung.

Wenn Sie beispielsweise an Ihrem Computer arbeiten, sind beim Durchsuchen des Internets möglicherweise mehrere Browser-Registerkarten geöffnet. Sie können gleichzeitig auch Musik über die Desktop-App hören. Der Internetbrowser und die Musikanwendung sind zwei verschiedene Prozesse, obwohl sie gleichzeitig funktionieren. Allerdings stellen mehrere Registerkarten, die Sie beim Surfen im Internet öffnen, Threads Ihres Internetbrowsers dar, bei dem es sich um den übergeordneten Prozess handelt.

Was ist Multiprocessing?

Multiprocessing bezieht sich auf ein System, das über mehr als zwei Zentraleinheiten (CPUs) verfügt. Jede zusätzliche CPU, die einem System hinzugefügt wird, erhöht dessen Geschwindigkeit, Leistung und Speicherkapazität. Dadurch können Benutzer mehrere Prozesse gleichzeitig ausführen. Jede CPU kann auch unabhängig arbeiten, und einige CPUs können im Leerlauf bleiben, wenn sie nichts zu verarbeiten haben. Dies kann die Systemzuverlässigkeit verbessern, da ungenutzte Prozessoren bei technischen Problemen als Backup genutzt werden können. Es gibt zwei Hauptkategorien von Multiprozessorsystemen:

• Symmetrisches Multiprocessing: Dieses Multiprocessing-System verwendet Computerhardware und -software, die zwei oder mehr identische Prozessoren umfasst, die über einen einzigen Speicherraum verbunden sind. Diese Prozessoren haben vollen Zugriff auf alle Ein- und Ausgabegeräte und werden gleich behandelt.

• Asymmetrisches Multiprocessing: In diesem Multiprocessing-System haben verschiedene CPUs Zugriff auf separate Eingabe- und Ausgabegeräte (I/O). Beispielsweise kann eine CPU E/A-Vorgänge ausführen, während eine andere CPU die Wartung des Betriebssystems übernehmen kann.

Multithreading vs. Multiprocessing

Obwohl Multithreading und Multiprocessing verwendet werden können, um die Verarbeitungsleistung eines Systems zu erhöhen, gibt es einige wesentliche Unterschiede zwischen diesen Ansätzen. Hier sind einige der Hauptunterschiede zwischen diesen Methoden:

• Multiprocessing nutzt zwei oder mehr CPUs, um die Verarbeitungsleistung zu erhöhen, während Multithreading einen einzelnen Prozess mit mehreren Codesegmenten verwendet, um die Verarbeitungsleistung zu erhöhen.

• Multiprocessing erhöht die Rechenleistung durch das Hinzufügen von CPUs, während Multithreading sich auf die Erstellung von Rechenthreads aus einem einzelnen Prozess konzentriert.

• Multiprocessing wird verwendet, um ein zuverlässigeres System zu erstellen, während Multithreading verwendet wird, um Threads zu erstellen, die parallel zueinander laufen.

• Die Erstellung von Multiprocessing erfordert viel Zeit und einige Ressourcen, während Multithreading schnell erstellt wird und nur wenige Ressourcen erfordert.

• Multiprocessing führt viele Prozesse gleichzeitig aus, während Multithreading viele Threads gleichzeitig ausführt.

• Multiprocessing erstellt für jeden Prozess einen separaten Adressraum, während Multithreading einen gemeinsamen Adressraum für alle Threads verwendet.

Vorteile von Multithreading

Hier sind einige der wichtigsten Vorteile von Multithreading:

• Benötigt weniger Speicher.

• Der Speicherzugriff wird vereinfacht, da Threads denselben übergeordneten Prozess verwenden.

• Der Wechsel zwischen Threads ist schnell und effizient.

• Das Erstellen neuer Threads in einem vorhandenen Prozess ist schneller als das Erstellen eines völlig neuen Prozesses.

• Alle Threads nutzen denselben Prozessspeicherpool und denselben Adressraum.

• Streams sind leichter und haben weniger Overhead.

• Die Kommunikationskosten zwischen Threads sind relativ gering.

• Das Erstellen responsiver Benutzeroberflächen (UI) ist einfach.

Nachteile von Multithreading

Hier sind einige der potenziellen Nachteile, die mit Multithreading verbunden sind:

• Ein Multithread-System kann nicht unterbrochen werden.

• Der Code ist möglicherweise schwieriger zu verstehen.

• Der mit der Verwaltung verschiedener Threads verbundene Mehraufwand kann für grundlegende Aufgaben zu kostspielig sein.

• Das Debuggen und die Fehlerbehebung können schwieriger werden, da der Code komplex sein kann.

Vorteile von Multiprozessoren

Hier sind einige der Vorteile von Multiprocessing:

• Es verwendet eine einfache Codierung, die leicht zu verstehen ist.

• Dies wird Ihnen helfen, die Einschränkungen des Global Interpreter Lock (GIL) in CPython zu überwinden.

• Untergeordnete Prozesse können beendet werden.

• Es erledigt Aufgaben schneller und analysiert große Datenmengen.

• Es verwendet mehrere Prozessoren, um die Gesamtsystemleistung zu erhöhen.

• Es entfernt Synchronisierungsprimitive.

• Es ist kostengünstiger als Einzelprozessorsysteme.

Nachteile von Multiprocessing

Hier sind einige der potenziellen Nachteile, die mit Multiprocessing verbunden sind:

• Das Verschieben von Daten zwischen Prozessen erfordert mehr Speicher und Overhead als Threads.

• Spawning-Prozesse dauern länger als das Spawnen von Threads.

• Das IPC-Modell (Inter-Process Communication) muss implementiert werden, um Objekte zwischen Prozessen gemeinsam zu nutzen.

• Der gesamte Speicher wird in jeden Unterprozess kopiert, was ebenfalls zu zusätzlichem Overhead führen kann.

Tipps zur Wahl zwischen Multithreading und Multiprocessing

Hier sind einige Tipps, die Ihnen bei der Entscheidung helfen sollen, ob Sie Multithreading oder Multiprocessing verwenden sollten:

• Verwenden Sie Multithreading, um Benutzeroberflächenprogramme (UI) reaktionsfähig zu machen. Diese Programme müssen darauf warten, dass der Benutzer mit ihnen interagiert, sodass die Verwendung von Threads ausreichend Rechenleistung bietet. Beispielsweise können Sie Multithreading verwenden, wenn Sie ein Online-Schreibprogramm erstellen, sodass ein Thread die Tastatureingaben des Benutzers überwacht, ein zweiter Thread Text anzeigt, den der Benutzer lesen kann, und ein dritter Thread den Text Korrektur liest, um Rechtschreib- und Grammatikfehler zu erkennen.

• Verwenden Sie Multithreading, um E/A- und netzwerkgebundene Anwendungen zu erstellen. Threads können Ihnen die gesamte Rechenleistung bereitstellen, die Sie für den Zugriff auf Webserver und das Herunterladen von Inhalten aus dem Internet benötigen. Viele Datenwissenschaftler verwenden beispielsweise Multithreading, um Web-Scraping-Anwendungen zu erstellen.

• Nutzen Sie Multiprocessing, um rechenintensive Programme zu erstellen. Multiprocessing kann Ihnen dabei helfen, große Datenmengen schnell zu analysieren.

• Verwenden Sie Multiprocessing, um CPU-intensive Programme zu entwickeln. Multiprocessing kann Ihnen dabei helfen, Prozesse zu beschleunigen und robuste Lösungen für Programme bereitzustellen, die mehrere CPU-Aufgaben umfassen.

Bitte beachten Sie, dass Indeed mit keinem der in diesem Artikel genannten Unternehmen verbunden ist.