Wie wird Multithreading auf einem Gerät mit einem Kern durchgeführt?

Auf einem Gerät mit nur einem Kern wird Multithreading vom Betriebssystem durch das Mechanismus der Zeitquantum und des Kontextwechsels emuliert.

• Zeitquantum: Jedem Thread wird ein kleiner Zeitraum der CPU zugewiesen.
• Preemptives Multitasking: Das Betriebssystem unterbricht die Ausführung eines Threads nach Ablauf seines Zeitquantums oder wenn er auf Ressourcen wartet (z.B. Ein- und Ausgabe).
• Kontextwechsel: Der Zustand des aktuellen Threads (Prozessorregister, Instruktionszeiger, Speicherzustand) wird gespeichert, und der Zustand des nächsten Threads wird geladen.
• Illusion der Parallelität: Durch den schnellen Wechsel zwischen Threads entsteht der Eindruck, dass sie parallel ausgeführt werden, obwohl zu jedem Zeitpunkt nur ein Thread auf dem Kern läuft.

iOS verwendet Frameworks wie GCD (Grand Central Dispatch) und Operation Queues, die diese Low-Level-Mechanismen abstrahieren und die Verwaltung der Multithreading für Entwickler vereinfachen. GCD nutzt Thread-Pools und verwaltet automatisch deren Lebenszyklus und Planung auf den verfügbaren Prozessorkernen (auch auf einem einzigen).

Zum Beispiel, mit GCD:

import Foundation

// Erstellen einer asynchronen Aufgabe
DispatchQueue.global(qos: .userInitiated).async {
    // Code, der im Hintergrund-Thread ausgeführt wird
    // Auf einem Ein-Kern-Gerät wird dieser Code verwoben
    // mit der Ausführung anderer Threads/haupt-Threads
    print("Wird im Hintergrund-Thread ausgeführt")
}

// Der Haupt-Thread setzt die Ausführung fort
print("Wird im Haupt-Thread ausgeführt")

Auch auf einem Ein-Kern-Gerät wird GCD diese Aufgabe in eine Warteschlange stellen und ihr Quanta zuweisen, um die Illusion der Parallelität zu erzeugen, indem zwischen ihr und dem Haupt-Thread (und anderen Threads, falls vorhanden) gewechselt wird.