Zahn - Unix-Netzwerkprogramminerung mit Threads, Sockets und SSL

112 3 Programmieren mit POSIX-Threads
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Anders als Beispiel 3.1 fängt Beispiel 3.2 zum Ende der main()-Funktion
nicht alle zuvor gestarteten Threads mit pthread_join() ein, sondern ruft
nach einer kurzen Pause sofort die exit()-Funktion auf.
Ein Testlauf des Programms bringt, je nach Standpunkt, erstaunliches zutage:
$ ./pthreads-exit1
Programm läuft.
Thread gestartet, Programm läuft weiter.
Thread Nr. 4 läuft.
Thread Nr. 4 läuft.
Thread Nr. 4 läuft.
Hauptthread beendet sich.
Als erstes sticht ins Auge, daß zwar drei Threads gestartet wurden, daß die
zweite Kontrollausgabe der Threads jedoch fehlt und die Threads offensichtlich
nicht ordentlich beendet wurden. Die Erklärung ist einfach, denn der
main()-Thread wird nach dem Starten der neuen Threads und seiner Kontrollausgabe
in Zeile 42 einfach mit exit() verlassen. In der Folge werden
alle noch laufenden Threads vom System unverzüglich abgebrochen und der
Prozeß beendet sich.
Je nach Scheduling-Strategie und Systemlast hätte der Ablauf aber auch ganz
anders sein können. Beispiel: Nach dem pthread_create() (Zeile 30) erhalten
zunächst die neuen Threads CPU-Zeit zugewiesen, der Hauptthread verweilt
im Ready-Zustand. Die Threads laufen jeweils bis zum sleep() (Zeile 13)
und gehen dann in den Blocked-Zustand über. Anschließend entzieht das Betriebssystem
dem kompletten Prozeß die CPU. Erst nach 30 Sekunden kommt
der Prozeß das nächste Mal zum Zug. Die schlafenden Threads werden nacheinander
geweckt, die Wartezeit von sleep() ist schließlich abgelaufen, und
beenden sich ordnungsgemäß. Erst danach erhält der main()-Thread wieder
CPU-Zeit, verläßt die Schleife, legt sich für fünf Sekunden schlafen um dann
die exit()-Funktion aufzurufen und den Prozeß zu beenden.
Als zweites fällt auf, daß zwar die geforderten drei Pthreads gestartet wurden,
daß aber offensichtlich alle drei Threads die selbe laufende Nummer erhalten
haben. Ein zweiter Blick auf den Quellcode läßt uns die Ursache schnell lokalisieren:
In Zeile 30 wird den neuen Threads über pthread_create() jeweils
eine Referenz auf die Variable i übergeben. Da aber keine Synchronisation
zwischen der Rückkehr aus dem Aufruf von pthread_create() und
dem tatsächlichen Start des Threads, also dem Übergang vom Ready- in den
Running-Zustand, besteht, hat der Hauptthread den Zähler in der Regel bereits
weiter inkrementiert, bevor der neue Thread den Zeiger erstmals dereferenziert.
Beim Testlauf hatte i also schon den Wert 4 angenommen, bevor
der erste Thread auf die Variable zugegriffen hat. Je nach Scheduling-Strategie
des Systems hätte die Ausgabe aber auch korrekt erscheinen können, obwohl
das Verfahren definitiv nicht richtig implementiert wurde.