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PS 09: Multithreading mit ForEach-Object -Parallel & Start-ThreadJob 🚀

Willkommen zu Modul 09 des PowerShell 7+ DevOps-Kurses!

In früheren PowerShell-Versionen (Windows PowerShell 5.1) war echte Nebenläufigkeit teuer: Start-Job erzeugte für jeden Task einen komplett neuen powershell.exe-Betriebssystem-Prozess mit enormem RAM- und CPU-Overhead. Mit PowerShell 7+ wurde echtes, leichtgewichtiges Multithreading eingeführt: ForEach-Object -Parallel und Start-ThreadJob führen Scriptblocks parallel in separaten Runspaces innerhalb desselben Prozesses aus – bis zu 100x schneller!

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💡 1. Das Wichtigste in Kürze

A. ForEach-Object -Parallel

Mit dem -Parallel-Switch verarbeitet PowerShell Elemente der Pipeline zeitgleich in separaten Threads:

$servers = @("srv-app01", "srv-app02", "srv-db01", "srv-web01")

$servers | ForEach-Object -Parallel {
    Write-Host "Prüfe Server $_ auf Thread: $([System.Threading.Thread]::CurrentThread.ManagedThreadId)"
    Start-Sleep -Seconds 1
} -ThrottleLimit 4

• -ThrottleLimit <int>: Begrenzt die maximale Anzahl gleichzeitig aktiver Threads (Standardwert in PS7 ist 5).
• Prozesse vs. Threads: Runspaces teilen sich den Hauptprozess, was RAM und Startup-Latenz minimiert.

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B. Variablen-Scoping mit $using:VariableName

Weil jeder Thread in einem isolierten Runspace ausgeführt wird, haben parallele Blöcke standardmäßig keinen Zugriff auf lokale Variablen des Hauptskripts. Mit dem Präfix $using: reichst du Variablen thread-sicher hinein:

$timeout = 2500
$logPrefix = "[PROD-CHECK]"

$servers | ForEach-Object -Parallel {
    $currentHost = $_
    $currentTimeout = $using:timeout
    $prefix = $using:logPrefix

    [PSCustomObject]@{
        Host      = $currentHost
        Timeout   = $currentTimeout
        LogTag    = "$prefix-$currentHost"
    }
} -ThrottleLimit 8

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C. Leichtgewichtige Asynchronität mit Start-ThreadJob

Für Hintergrundaufgaben, die nicht an eine Pipeline gebunden sind:

# Asynchronen Thread-Job starten
$job = Start-ThreadJob -Name "BackupCheck" -ScriptBlock {
    param($folder)
    Get-ChildItem -Path $folder -Recurse | Measure-Object -Property Length -Sum
} -ArgumentList "C:\Logs"

# Status prüfen oder warten
$job | Wait-Job -Timeout 10
$ergebnis = $job | Receive-Job
$job | Remove-Job -Force

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🎼 Die didaktische Analogie: "Die Autobahn-Mautstation"

• Sequenzielle Schleife (foreach ($s in $servers)):
  Eine einzelne Mautstation mit nur einer Spur. Jedes Fahrzeug (Server-Request) muss warten, bis das vorherige komplett bezahlt hat und wegfährt.
• Alter Start-Job (Prozess-basiert):
  Für jedes einzelne Auto wird eine komplett neue Mautstation auf der grünen Wiese gebaut, angelernt und nach 5 Sekunden wieder abgerissen – enorme Verschwendung!
• ForEach-Object -Parallel (Thread-basiert):
  Eine 8-spurige Mautstation (-ThrottleLimit 8). Autos fahren parallel durch die Spuren. Alle Schilder und Preise ($using:MautTarif) sind für alle Spuren sofort sichtbar.

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🎯 Aufgaben & Teilziele in aufgabe.ps1

Öffne aufgabe.ps1 und implementiere die folgenden 4 Funktionen:

1. TODO 1: Invoke-ParallelPing
   Prüfe Rechnernamen/IPs parallel mit ForEach-Object -Parallel -ThrottleLimit $ThrottleLimit und $using:TimeoutMs. Gib für jeden Host ein [PSCustomObject] zurück.
2. TODO 2: Start-AsyncServerTask
   Starte einen asynchronen Task mit Start-ThreadJob und gib das Job-Objekt zurück.
3. TODO 3: Wait-AndCollectThreadJobs
   Warte mit Wait-Job -Timeout, sammele Ergebnisse via Receive-Job ein und räume die Jobs sauber mit Remove-Job -Force auf.
4. TODO 4: Invoke-ThrottledBatchProcessing
   Führe einen ScriptBlock parallel für Daten-Objekte aus, stoppe die Zeit mit [System.Diagnostics.Stopwatch]::StartNew() und gib aggregierte Metriken zurück.

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🧪 Tests ausführen

Führe in PowerShell die Pester-Testsuite aus:

Invoke-Pester ./test_aufgabe.ps1

Oder starte die Tests direkt in der Web-IDE!