Implementation of a Framework Component for Processing Tasks within Threads on the Application Level

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1 Implementation of a Framework Component for Processing Tasks within Threads on the Application Level Deutsches Krebsforschungszentrum,

2 for Processing Task within Threads on the Application Level Motivation der Diplomarbeit : o Implementation einer Framework Komponente für die BlueBerry Plattform, mit einer API zum Parallelisieren und Verwalten von Tasks auf Applikationsebene o Framework API soll nach dem Vorbild der Eclipse Jobs API entwickelt werden o einfache Verwendbarkeit o einfache Erweiterbarkeit

3 for Processing Task within Threads on the Application Level Division Medical and Biolgical Informatics

4 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Gliederung: Motivation Einleitung Eclipse, BlueBerry, MITK und Medical Imaging Applikationen Problematik Lösungsansätze Komponenten des Framework API, aus Anwendersicht API, aus Entwicklersicht

5 for Processing Tasks within Threads on Application Level Einleitung Ansprechbarkeit einer Applikation und dessen Benutzeroberfläche o Wie oft befindet sich die Benutzeroberfläche in einem Zustand, in dem Benutzerinteraktionen zugelassen werden o Wie oft können neue Aufgaben (Tasks) gestartet werden o Wie oft repräsentiert die Benutzeroberfläche den aktuellen Status des Programmes

6 for Processing Tasks within Threads on Application Level Einleitung Lösungsansatz: Aufteilung der System Ressourcen in mehrere, parallel abzuarbeitende Tasks: - Main Event Thread User Interaktionen - Background Threads Ressourcen und zeitintensive Tasks

7 for Processing Tasks within Threads on Application Level Einleitung Resultierende Vorteile: o Mehr Interaktions- und Kontrollmöglichkeiten über den aktuellen Zustand in dem sich die Applikation befindet. -> Interaktion jederzeit mit dem User Interface gegeben -> Tasks View, die alle in Auftrag gegebene Tasks anzeigt. -> Tasks können in den Background geschoben werden -> Statusbenachrichtungen möglich -> Progress Bars möglich -> Abbrechen, Anhalten und Fortführen von Tasks -> Abarbeitungsreihenfolge der Tasks kann geändert werden

8 for ProcessingTasks within Threads on Application Level Einleitung Resultierende Vorteile: - Ressourcen Ausnutzung von Multi-Core CPUs Spezifische Vorteile in Bezug auf MITK und Medical Imaging - Abarbeiten von zeitintensiven Medical Imaging Algorithmen im Hintergrund - Erfüllt die höheren Anforderungen von Ärzten und medizinischem Personal an eine ansprechbare Applikation im klinischem Umfeld

9 for Processing Tasks within Threads on Application Level Zusammenhänge Eclipse, BlueBerry, MITK und Applikation Threading

10 for Processing Tasks within Threads on Application Level Problematiken: Problem: Programmieren eines Frameworks mit guten Aplication Programming Interfaces benötigt viel Software Engineering Erfahrung und Zeit Lösungsansatz Analyse der Java Eclipse JobsAPI Problem : Unterschiede zwischen Java und C++ Lösungsansatz: jeder Java Code kann in C++ umgesetzt werden (jedoch umfangreiches Wissen der beiden Programmiersprachen notwendig, um die grundlegenden Unterschiede zu kennen)

11 for Processing Tasks within Threads on Application Level Problematiken: Problem: Unterschiedliche Prinzipien bei der Entwicklung beider Programmiersprachen Java : Schränkt den Programmierer in seinem Möglichkeiten ein um grundlegende Programmierfehler ausschließen zu können. C++ : So wenig Ballast wie möglich um so flexibel wie möglich zu bleiben. Kein Verlust von Performance und Flexibilität um Programmierfehler des Programmierers ausschließen zu können.

12 for Processing Tasks within Threads on Application Level Problematiken: Lösungsansatz : Definieren von Datentypen möglich, die sich nur in der Art der Definition, nicht in der Art der Anwendung von Standard C++ Datentypen unterscheiden. Verwendung von C++ Libraries, die als spezifische Erweiterungen der C++ Sprachelemente gesehen werden können. Und je nach Problem die Sprache C++ erweitern.

13 for Processing Tasks within Threads on Application Level Problematiken: Problem: C++ und Nebenläufigkeit Threads sind in Standard C++ nicht definiert. (schlimmer kein Datenmodel für Threads implementiert) Java : Thread Support in der Programmiersprache Lösungsansatz : Benutzung von Cross Plattform C++ Multithreading Bibliotheken in C++

14 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Implementierung Hauptkomponenten des Frameworks: o Threads und Workers Der WorkerPool o o o o Der JobManager Die JobQueue Die Job Klassen

15 For Processing Task within Threads on the Application Level I Threads und Workers o Tasks werden in einem sogenannten Worker Thread ausgeführt (spezielle Poco Thread Implementation)

16 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level

17 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Der WorkerPool Implementation von einem Thread Pool o Zentrale Thread Managing Einheit Entscheidet über die benötigte Anzahl von Threads o Leitet von Poco SynchronizedObject ab o JobManager hält einen WorkerPool

18 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level

19 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Der JobManager, die Zentrale Task Managing Komponente o Realisiert als Singleton o Verwaltet die Aufgaben (Tasks) in verschiedenen Queues, abhängig von der Priorität eines Tasks und dessen Delay o Gibt den aktuellen auszuführenden Task zurück

20 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level

21 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Job Status

22 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level The Poco Timestamp: Task Scheduling benötigt einen streng monoton steigenden Zeitstempel Lösung : Poco Timestamp -> Differenz in Millisekunden zwischen der aktuellen UTC Zeit und der Mitternacht des ersten Januars 1970 UTC

23 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level The JobQueue, a Linked List Implemenation o o Speicher und Organisationseinheit von Waiting und Sleeping Jobs Jobs werden nach Ihrem Zeitstempel sortiert

24 , Providing an API to Process Task within Threads on Application Level Methodenübersicht der JobQueue :

25 for Processing Tasks within Threads on Application Level Job Klassen, Gerüste für die auszuführenden Aufgaben o Alle Job Klassen leiten von der InternalJob Klasse ab o Unterschiedliche Job Klassen möglich o Implementiert wurde eine weitere Job Klasse von der eine neue Job Klasse ableiten muss um ihren Task starten zu können o Die Job Klasse erlaubt Prioritäten, die während dem Scheduling Prozess berücksichtigt werden o Wichtigste Methoden um einen Task zu starten sind die Run() und Schedule() Methoden der Job Klasse

26 for Processing Tasks within Threads on Application Level Vordefinierte Möglichkeiten einen Job einzuordnen:

27 for Processing Tasks within Threads on Application Level

28 for Processing Tasks within Threads on the Application Level Code Beispiel zur Ausführung einer Aufgabe in einem Thread

29 for Processing Tasks within Threads on Application Level

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