Inhaltsverzeichnis. Carsten Vogt. Nebenläufige Programmierung. Ein Arbeitsbuch mit UNIX/Linux und Java ISBN:

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1 Inhaltsverzeichnis Carsten Vogt Nebenläufige Programmierung Ein Arbeitsbuch mit UNIX/Linux und Java ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

2 Inhalt 1 Einführung Basistechniken Formen der Nebenläufigkeit Hard- und Software eine Kurzeinführung Computer-Hardware Computer-Software Nebenläufigkeit in Hardware Nebenläufigkeit in Software Die Rolle des Betriebssystems Systemarchitekturen Aufgaben und Schnittstellen Virtualisierung Netzdienste und verteilte Systeme Betriebsarten Prozesse und Threads Prozesse Threads Der Lebenszyklus Implementierungsaspekte Buchführung Dispatching Scheduling Prozesse und Threads in UNIX/Linux Kommandos der Benutzerschnittstelle Grundlegende API-Funktionen für Prozesse Die Funktion fork() Weitere Funktionen Programmbeispiele Grundlegende API-Funktionen für Threads Pthreads: pthread_create(), pthread_exit() Pthreads: pthread_join(), pthread_cancel() vfork() und clone()...59

3 8 Inhalt 2.4 Threads in Java Die Klasse Thread run() und start() join() Weitere Methoden Grundlegende Programmiertechniken Zugriff auf gemeinsame Variablen Beenden von Threads Zusammenfassung und Ausblick A Basistechniken: Aufgaben A.1 Wissens- und Verständnisfragen A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben A.3 Programmierung unter UNIX/Linux A.4 Programmierung in Java Synchronisation Synchronisationsbedingungen Elementare Bedingungen Wechselseitiger Ausschluss Reihenfolgebedingung Komplexere Probleme Erzeuger-Verbraucher-Problem Leser-Schreiber-Problem Philosophenproblem Einfache Synchronisationsmechanismen Grundlegende Eigenschaften Interruptsperren Spinlocks Signale und Events Synchronisation durch Semaphore Arbeitsprinzip von Semaphoren Datenstrukturen und Operationen Semaphoroperationen in Bild und Notation Varianten und Erweiterungen Einsatz bei Standardproblemen Wechselseitiger Ausschluss...96

4 Inhalt Reihenfolgebedingung Erzeuger-Verbraucher-Problem Leser-Schreiber-Problem Philosophenproblem Systematische Lösung von Problemen Fehlerquellen Deadlocks: Problematik Deadlocks: Lösungen Missachtung der Atomarität Einsatz von sleep() Mangelnde Fairness Synchronisation durch Monitore Grundprinzip von Monitoren Definition des Monitorbegriffs Beispiel: Einfacher Ringpuffer mit Überschreiben Bedingungsvariablen Zweck und Einsatz Beispiel: Ringpuffer für Erzeuger/Verbraucher Lösung weiterer Standardprobleme Reihenfolgebedingung Leser-Schreiber-Problem Philosophenproblem Mechanismen in UNIX/Linux Signale Lock-Dateien Semaphore Erzeugen von Semaphorgruppen Initialisieren und Löschen P- und V-Operationen Programmstrukturen und -beispiele Mutexe mit Bedingungsvariablen Mutexe Bedingungsvariablen Beispiel: Erzeuger-Verbraucher mit Ringpuffer Mechanismen in Java Atomare Operationen Basistypen Collections...136

5 10 Inhalt Semaphore Die Klasse Semaphore Beispiel: Reihenfolgebeziehung Monitore synchronized wait() und notify() Die Interfaces Lock und Condition Weitere Mechanismen Zusammenfassung und Ausblick A Synchronisation: Aufgaben A.1 Wissens- und Verständnisfragen A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben A.3 Programmierung unter UNIX/Linux A.4 Programmierung in Java Kommunikation Grundlegende Begriffe Arten der Kommunikation Sender-Empfänger-Beziehungen Ein oder mehrere Sender und Empfänger Direkte vs. indirekte Kommunikation Enge vs. lose zeitliche Kopplung Kommunikation in Rechnernetzen Schnittstellen: Sockets Protokolle und Protokollstacks Der Protokollstack des Internets Techniken in UNIX/Linux Shared Memory API-Funktionen Programmbeispiel: Erzeuger-Verbraucher-System Pipes Benannte Pipes Unbenannte Pipes Message Queues API-Funktionen: Erzeugen und Löschen API-Funktionen: Senden und Empfangen Programmbeispiel: Erzeuger-Verbraucher-System...181

6 Inhalt Sockets Domains und Typen API-Funktionen: Übersicht API-Funktionen: Erzeugen und Schließen API-Funktionen: Verbinden und Kommunizieren Programmbeispiel: Stream-Sockets Programmbeispiel: Datagram-Sockets Techniken in Java Übersicht Piped Streams Sockets Stream-Sockets Datagram-Sockets Zusammenfassung und Ausblick A Kommunikation: Aufgaben A.1 Wissens- und Verständnisfragen A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben A.3 Programmierung unter UNIX/Linux A.4 Programmierung in Java Kooperation Modelle und Techniken Das Client-Server-Modell Grundlegende Struktur Zeitliche Abläufe Implementierungsaspekte Das Peer-to-Peer-Modell Programmiertechniken Prozedurorientierte Kooperation Objektorientierte Kooperation Webbasierte Kooperation Techniken in UNIX/Linux Kooperation über Sockets Remote Procedure Call (RPC) Komponenten und ihr Zusammenspiel Schritte der Programmierung...230

7 12 Inhalt 5.3 Techniken in Java Remote Method Invocation (RMI) Komponenten und ihr Zusammenspiel Schritte der Programmierung Dynamische Webseiten Applets Servlets und Java Server Pages Web Services Zusammenfassung A Kooperation: Aufgaben A.1 Wissens- und Verständnisfragen A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben A.3 Programmierung unter UNIX/Linux A.4 Programmierung in Java Literatur und Internet Index