Wenn man sich mit der Welt der CPUs besch\u00e4ftigt, ist es schon fast verr\u00fcckt, wie sie mehrere Aufgaben gleichzeitig bew\u00e4ltigen, ohne den \u00dcberblick zu verlieren. Bei fr\u00fchen CPUs drehte sich alles um geradlinige Verarbeitung, was zwar einfach klingt, aber die Geschwindigkeit stark einschr\u00e4nkte, da sie auf Daten aus dem RAM oder, schlimmer noch, der Festplatte warten mussten. Man sa\u00df da \u200b\u200bund sah zu, wie die CPU im Leerlauf lief, weil sie auf Daten wartete, die einfach nicht sofort verf\u00fcgbar waren. Und wenn die Festplatte im Spiel ist? Ja, dann wird das System noch langsamer, denn die Geschwindigkeit der Festplatte l\u00e4sst den RAM wie einen Ferrari aussehen, obwohl er eher einem Fahrrad \u00e4hnelt.<\/p>\n
Gl\u00fccklicherweise sind Prozessoren heute keine leichte Beute mehr \u2013 sie beherrschen allerlei clevere Funktionen wie Out-of-Order-Ausf\u00fchrung und Multithreading. Out-of-Order bedeutet, dass die CPU vorausschaut und die Anweisungen neu anordnet, sodass sie immer besch\u00e4ftigt ist, anstatt zu warten. Multithreading bedeutet, dass mehrere Threads ausgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen, sodass es so aussieht, als w\u00fcrde viel Arbeit gleichzeitig erledigt \u2013 auch wenn technisch gesehen nicht zwei Dinge gleichzeitig erledigt werden k\u00f6nnen. Im Hintergrund wechselt die CPU blitzschnell zwischen den Threads, um alle Kerne zu besch\u00e4ftigen \u2013 ein sogenannter Kontextwechsel. Ehrlich gesagt ist es schon verr\u00fcckt, wie schnell das alles passiert \u2013 die meisten Benutzer bemerken die kurzen Pausen nicht, aber diese Wechsel finden st\u00e4ndig im Hintergrund statt.<\/p>\n
Hier geschieht die Magie \u2013 oder vielleicht auch ein bisschen Chaos, je nach Konfiguration. Grunds\u00e4tzlich muss die CPU den Zustand des alten Threads speichern, damit sie sp\u00e4ter dort weitermachen kann, wo sie aufgeh\u00f6rt hat. Das bedeutet, dass alle wichtigen Informationen \u2013 Registerwerte, Programmz\u00e4hler usw.\u2013 in einer Datenstruktur namens Prozesskontrollblock oder Switch Frame gespeichert werden. Unter Windows k\u00f6nnen Sie dies manchmal in Aktion sehen, wenn Sie den Task-Manager \u00f6ffnen und einen Blick auf Details wie Thread-Informationen werfen, obwohl dies normalerweise automatisch im Hintergrund geschieht. Unter Linux zeigen Tools wie htop<\/a> oder \u201etop\u201c die Thread-Zust\u00e4nde an und helfen zu verstehen, was im Hintergrund vor sich geht.<\/p>\n Sobald der alte Thread sicher gespeichert ist, w\u00e4hlt die CPU den n\u00e4chsten Thread aus. Normalerweise greift der Scheduler einen Thread aus einer Warteschlange zu \u2013 man kann es sich als eine Reihe einsatzbereiter Aufgaben vorstellen \u2013 oder erh\u00e4lt einen Ansto\u00df durch einen Interrupt, beispielsweise ein Hardwaresignal, das anzeigt, dass etwas abgeschlossen ist oder Aufmerksamkeit erfordert. Die Daten f\u00fcr diesen neuen Thread werden zur\u00fcck in die CPU-Register geladen \u2013 es ist, als w\u00fcrde man einen Schalter umlegen. Dieser Thread wird dann genau dort fortgesetzt, wo er aufgeh\u00f6rt hat. F\u00fcr den Benutzer wirkt dies nahtlos, im Hintergrund l\u00e4uft es jedoch blitzschnell.<\/p>\n Der Haken dabei ist: Jeder Kontextwechsel kostet etwas Zeit. Nicht viel, da moderner Speicher recht schnell ist, aber genug, um in Hochleistungsumgebungen eine Rolle zu spielen. Beim Wechsel enthalten der Cache und die Puffer der CPU \u2013 diese kleinen Geschwindigkeitsbooster \u2013 nicht mehr die richtigen Daten f\u00fcr den neuen Thread, was zu Cache-Fehlern f\u00fchrt. Durch die gemeinsame Nutzung von Daten innerhalb desselben Prozesses wird dieser Verlust minimiert, aber beim Wechsel zwischen verschiedenen Prozessen oder unabh\u00e4ngigen Threads? Ja, dann kommt es zu mehr Cache-Fehlern und TLB-Leerl\u00e4ufen, die alles noch weiter verlangsamen. In manchen Setups kann das zu sp\u00fcrbaren Lags oder Verz\u00f6gerungen f\u00fchren.<\/p>\n Eine weitere Besonderheit: Hardware kann zwar Kontextwechsel durchf\u00fchren, die meisten Betriebssysteme bevorzugen jedoch Software, da diese intelligenter entscheiden kann, was gespeichert und wiederhergestellt werden soll. Hardware wei\u00df nicht, was wichtig ist, und ist daher eine Art Vorschlaghammer \u2013 sie speichert alle Register unabh\u00e4ngig von ihrer Relevanz. Daher greift das Betriebssystem ein und \u00fcbernimmt das eigentliche Speichern und Wiederherstellen, einschlie\u00dflich Dingen wie Gleitkommadaten, die bei hardwarebasierten Wechseln m\u00f6glicherweise \u00fcbersprungen werden. Aus diesem Grund sind Software-Kontextwechsel die Norm; sie sind insgesamt effizienter, gehen aber dennoch mit Leistungseinbu\u00dfen einher.<\/p>\n Alles in allem ist ein Kontextwechsel ein grundlegender Bestandteil des Multitaskings \u2013 er erm\u00f6glicht es CPUs, mehrere Threads gleichzeitig zu jonglieren, ohne Aufgaben zu verlieren. Dabei wird der Zustand des aktuellen Threads gespeichert und der n\u00e4chste geladen, was zwar superschnell ist, aber dennoch etwas Leistung kostet. Diese winzigen Verz\u00f6gerungen summieren sich, wenn Sie h\u00e4ufig wechseln, insbesondere zwischen verschiedenen Prozessen oder bei hoher Arbeitslast. Dennoch ist es der Preis f\u00fcr eine moderne Multi-Core-CPU, die alles von Spielen bis zur Datenverarbeitung im Browser bew\u00e4ltigen kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Wenn man sich mit der Welt der CPUs besch\u00e4ftigt, ist es schon fast verr\u00fcckt, wie sie mehrere Aufgaben gleichzeitig bew\u00e4ltigen, ohne den \u00dcberblick zu verlieren.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-1503","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-hilfe"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1503","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1503"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1503\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1503"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1503"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/help.peacedoorball.blog\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1503"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}Auswirkungen auf die Leistung<\/span><\/h2>\n
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