Zahn - Unix-Netzwerkprogramminerung mit Threads, Sockets und SSL

3.3 Pthreads und Unix-Prozesse
3.3 Pthreads und Unix-Prozesse 135
Die Erweiterung bzw. die Verfeinerung des Unix-Prozeßmodells durch POSIX-
Threads hat zu einer Reihe von Anpassungen am vorausgehenden Standard
IEEE Std 1003.1-1990 geführt. Während einige Problemfälle mitsamt ihren
Lösungen auf der Hand liegen, gab es an anderen Stellen eine ganze Menge
Diskussionsbedarf mit zum Teil entsprechend diffizilen Ergebnissen. Die folgenden
Abschnitte geben einen Überblick, wie sich Pthreads-Programme mit
den klassischen Unix-Konzepten vereinbaren lassen und was es dabei aus der
Sicht der systemnahen Programmierung besonders zu beachten gilt.
3.3.1 Threadsichere und eintrittsinvariante Funktionen
Sowohl ANSI/ISO C als auch der POSIX-Standard wurden ursprünglich vor
dem Hintergrund der klassischen Prozesse mit nur einem einzigen Kontrollfluß
entwickelt. Mit der Einführung der POSIX-Threads stellte sich demnach
die Frage, ob alle Funktionen und Systemaufrufe dieser Standards gefahrlos
in Pthreads-Programmen eingesetzt werden können, oder ob dadurch Race
Conditions verursacht werden. In der Diskussion unterscheidet man dabei die
folgenden beiden Konzepte:
Threadsicherheit: Eine Funktion heißt laut IEEE Std 1003.1-2001 threadsicher
oder thread-safe, wenn sie von mehreren Threads nebenläufig aufgerufen
werden kann, ohne dabei Schaden anzurichten.
Threadsichere Funktionen müssen selbst dann korrekt arbeiten, wenn der
Code der Funktion von mehreren Threads ausgeführt wird. Die nebenläufigen
Aufrufe der Funktion dürfen sich hierbei gegenseitig nicht negativ
beeinflussen, also insbesondere keine Race Conditions heraufbeschwören. 5
Im Allgemeinen wird dies durch gegenseitigen Ausschluß (beim Zugriff auf
gemeinsame Ressourcen), threadspezifische Daten oder durch eintrittsinvarianten
Programmcode erreicht.
Eintrittsinvarianz: Eine Funktion heißt laut IEEE Std 1003.1-2001 eintrittsinvariant
oder reentrant, wenn das Ergebnis jeder beliebigen, nebenläufigen
Ausführung durch mehrere Threads das gleiche ist, wie wenn die beteiligten
Threads die Funktion jeweils einer nach dem anderen (in einer
nicht festgelegten Reihenfolge) ausgeführt hätten.
Eintrittsinvariante Funktionen greifen nur auf ihre eigenen lokalen Variablen
zu, hängen ausschließlich von den übergebenen Parametern ab und
rufen selbst nur Funktionen mit identischen Eigenschaften auf. Eine eintrittsinvariante
Funktion besitzt damit keine implizite Abhängigkeit von
5 Threadsicherheit sagt im Übrigen nichts über die Effizienz aus, mit der der threadsichere
Code ausgeführt wird.