Nebenläufige Programmierung

1 - Vorwort [Seite 6]
2 - Inhalt [Seite 8]
3 - 1 Einführung [Seite 14]
4 - 2 Basistechniken [Seite 20]
4.1 - 2.1 Formen der Nebenläufigkeit [Seite 21]
4.1.1 - 2.1.1 Hard- und Software - eine Kurzeinführung [Seite 21]
4.1.1.1 - 2.1.1.1 Computer-Hardware [Seite 21]
4.1.1.2 - 2.1.1.2 Computer-Software [Seite 22]
4.1.2 - 2.1.2 Nebenläufigkeit in Hardware [Seite 23]
4.1.3 - 2.1.3 Nebenläufigkeit in Software [Seite 25]
4.2 - 2.2 Die Rolle des Betriebssystems [Seite 26]
4.2.1 - 2.2.1 Systemarchitekturen [Seite 26]
4.2.1.1 - 2.2.1.1 Aufgaben und Schnittstellen [Seite 26]
4.2.1.2 - 2.2.1.2 Virtualisierung [Seite 29]
4.2.1.3 - 2.2.1.3 Netzdienste und verteilte Systeme [Seite 31]
4.2.2 - 2.2.2 Betriebsarten [Seite 33]
4.2.3 - 2.2.3 Prozesse und Threads [Seite 35]
4.2.3.1 - 2.2.3.1 Prozesse [Seite 35]
4.2.3.2 - 2.2.3.2 Threads [Seite 37]
4.2.3.3 - 2.2.3.3 Der Lebenszyklus [Seite 38]
4.2.4 - 2.2.4 Implementierungsaspekte [Seite 40]
4.2.4.1 - 2.2.4.1 Buchführung [Seite 40]
4.2.4.2 - 2.2.4.3 Scheduling [Seite 41]
4.3 - 2.3 Prozesse und Threads in UNIX/Linux [Seite 43]
4.3.1 - 2.3.1 Kommandos der Benutzerschnittstelle [Seite 43]
4.3.2 - 2.3.2 Grundlegende API-Funktionen für Prozesse [Seite 46]
4.3.2.1 - 2.3.2.1 Die Funktion fork() [Seite 47]
4.3.2.2 - 2.3.2.2 Weitere Funktionen [Seite 49]
4.3.2.3 - 2.3.2.3 Programmbeispiele [Seite 51]
4.3.3 - 2.3.3 Grundlegende API-Funktionen für Threads [Seite 56]
4.3.3.1 - 2.3.3.1 Pthreads: pthread_create(), pthread_exit() [Seite 56]
4.3.3.2 - 2.3.3.2 Pthreads: pthread_join(), pthread_cancel() [Seite 59]
4.3.3.3 - 2.3.3.3 vfork() und clone() [Seite 60]
4.4 - 2.4 Threads in Java [Seite 61]
4.4.1 - 2.4.1 Die Klasse Thread [Seite 61]
4.4.1.1 - 2.4.1.1 run() und start() [Seite 62]
4.4.1.2 - 2.4.1.2 join() [Seite 64]
4.4.1.3 - 2.4.1.3 Weitere Methoden [Seite 65]
4.4.2 - 2.4.2 Grundlegende Programmiertechniken [Seite 65]
4.4.2.1 - 2.4.2.1 Zugriff auf gemeinsame Variablen [Seite 65]
4.4.2.2 - 2.4.2.2 Beenden von Threads [Seite 66]
4.5 - 2.5 Zusammenfassung und Ausblick [Seite 68]
5 - 2A Basistechniken: Aufgaben [Seite 70]
5.1 - 2A.1 Wissens- und Verständnisfragen [Seite 70]
5.2 - 2A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben [Seite 72]
5.3 - 2A.3 Programmierung unter UNIX/Linux [Seite 74]
5.4 - 2A.4 Programmierung in Java [Seite 76]
6 - 3 Synchronisation [Seite 80]
6.1 - 3.1 Synchronisationsbedingungen [Seite 80]
6.1.1 - 3.1.1 Elementare Bedingungen [Seite 80]
6.1.1.1 - 3.1.1.1 Wechselseitiger Ausschluss [Seite 81]
6.1.1.2 - 3.1.1.2 Reihenfolgebedingung [Seite 82]
6.1.2 - 3.1.2 Komplexere Probleme [Seite 83]
6.1.2.1 - 3.1.2.1 Erzeuger-Verbraucher-Problem [Seite 84]
6.1.2.2 - 3.1.2.2 Leser-Schreiber-Problem [Seite 84]
6.1.2.3 - 3.1.2.3 Philosophenproblem [Seite 85]
6.2 - 3.2 Einfache Synchronisationsmechanismen [Seite 85]
6.2.1 - 3.2.1 Grundlegende Eigenschaften [Seite 86]
6.2.2 - 3.2.2 Interruptsperren [Seite 86]
6.2.3 - 3.2.3 Spinlocks [Seite 87]
6.2.4 - 3.2.4 Signale und Events [Seite 91]
6.3 - 3.3 Synchronisation durch Semaphore [Seite 92]
6.3.1 - 3.3.1 Arbeitsprinzip von Semaphoren [Seite 92]
6.3.1.1 - 3.3.1.1 Datenstrukturen und Operationen [Seite 92]
6.3.1.2 - 3.3.1.2 Semaphoroperationen in Bild und Notation [Seite 94]
6.3.1.3 - 3.3.1.3 Varianten und Erweiterungen [Seite 96]
6.3.2 - 3.3.2 Einsatz bei Standardproblemen [Seite 97]
6.3.2.1 - 3.3.2.1 Wechselseitiger Ausschluss [Seite 97]
6.3.2.2 - 3.3.2.2 Reihenfolgebedingung [Seite 98]
6.3.2.3 - 3.3.2.3 Erzeuger-Verbraucher-Problem [Seite 99]
6.3.2.4 - 3.3.2.4 Leser-Schreiber-Problem [Seite 100]
6.3.2.5 - 3.3.2.5 Philosophenproblem [Seite 102]
6.3.3 - 3.3.3 Systematische Lösung von Problemen [Seite 103]
6.3.4 - 3.3.4 Fehlerquellen [Seite 106]
6.3.4.1 - 3.3.4.1 Deadlocks: Problematik [Seite 107]
6.3.4.2 - 3.3.4.2 Deadlocks: Lösungen [Seite 108]
6.3.4.3 - 3.3.4.3 Missachtung der Atomarität [Seite 109]
6.3.4.4 - 3.3.4.4 Einsatz von sleep() [Seite 110]
6.3.4.5 - 3.3.4.5 Mangelnde Fairness [Seite 110]
6.4 - 3.4 Synchronisation durch Monitore [Seite 111]
6.4.1 - 3.4.1 Grundprinzip von Monitoren [Seite 111]
6.4.1.1 - 3.4.1.1 Definition des Monitorbegriffs [Seite 111]
6.4.1.2 - 3.4.1.2 Beispiel: Einfacher Ringpuffer mit Überschreiben [Seite 112]
6.4.2 - 3.4.2 Bedingungsvariablen [Seite 113]
6.4.2.1 - 3.4.2.1 Zweck und Einsatz [Seite 113]
6.4.2.1.1 - 3.4.2.2 Beispiel: Ringpuffer für Erzeuger/Verbraucher [Seite 115]
6.4.2.2 - 3.4.2.2 Beispiel: Ringpuffer für Erzeuger/Verbraucher [Seite 115]
6.4.3 - 3.4.3 Lösung weiterer Standardprobleme [Seite 116]
6.4.3.1 - 3.4.3.1 Reihenfolgebedingung [Seite 116]
6.4.3.2 - 3.4.3.2 Leser-Schreiber-Problem [Seite 117]
6.4.3.3 - 3.4.3.3 Philosophenproblem [Seite 118]
6.5 - 3.5 Mechanismen in UNIX/Linux [Seite 119]
6.5.1 - 3.5.1 Signale [Seite 119]
6.5.2 - 3.5.2 Lock-Dateien [Seite 121]
6.5.3 - 3.5.3 Semaphore [Seite 122]
6.5.3.1 - 3.5.3.1 Erzeugen von Semaphorgruppen [Seite 122]
6.5.3.2 - 3.5.3.2 Initialisieren und Löschen [Seite 124]
6.5.3.3 - 3.5.3.3 P- und V-Operationen [Seite 126]
6.5.3.4 - 3.5.3.4 Programmstrukturen und -beispiele [Seite 128]
6.5.4 - 3.5.4 Mutexe mit Bedingungsvariablen [Seite 133]
6.5.4.1 - 3.5.4.1 Mutexe [Seite 133]
6.5.4.2 - 3.5.4.2 Bedingungsvariablen [Seite 133]
6.5.4.3 - 3.5.4.3 Beispiel: Erzeuger-Verbraucher mit Ringpuffer [Seite 134]
6.6 - 3.6 Mechanismen in Java [Seite 136]
6.6.1 - 3.6.1 Atomare Operationen [Seite 136]
6.6.1.1 - 3.6.1.1 Basistypen [Seite 136]
6.6.1.2 - 3.6.1.2 Collections [Seite 137]
6.6.2 - 3.6.2 Semaphore [Seite 137]
6.6.2.1 - 3.6.2.1 Die Klasse Semaphore [Seite 137]
6.6.2.2 - 3.6.2.2 Beispiel: Reihenfolgebeziehung [Seite 138]
6.6.3 - 3.6.3 Monitore [Seite 139]
6.6.3.1 - 3.6.3.1 synchronized [Seite 139]
6.6.3.2 - 3.6.3.2 wait() und notify() [Seite 141]
6.6.3.3 - 3.6.3.3 Die Interfaces Lock und Condition [Seite 143]
6.6.4 - 3.6.4 Weitere Mechanismen [Seite 144]
6.7 - 3.7 Zusammenfassung und Ausblick [Seite 145]
7 - 3A Synchronisation: Aufgaben [Seite 148]
7.1 - 3A.1 Wissens- und Verständnisfragen [Seite 148]
7.2 - 3A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben [Seite 151]
7.3 - 3A.3 Programmierung unter UNIX/Linux [Seite 156]
7.4 - 3A.4 Programmierung in Java [Seite 159]
8 - 4 Kommunikation [Seite 162]
8.1 - 4.1 Grundlegende Begriffe [Seite 162]
8.1.1 - 4.1.1 Arten der Kommunikation [Seite 162]
8.1.2 - 4.1.2 Sender-Empfänger-Beziehungen [Seite 164]
8.1.2.1 - 4.1.2.1 Ein oder mehrere Sender und Empfänger [Seite 164]
8.1.2.2 - 4.1.2.2 Direkte vs. indirekte Kommunikation [Seite 165]
8.1.2.3 - 4.1.2.3 Enge vs. lose zeitliche Kopplung [Seite 166]
8.1.3 - 4.1.3 Kommunikation in Rechnernetzen [Seite 167]
8.1.3.1 - 4.1.3.1 Schnittstellen: Sockets [Seite 167]
8.1.3.2 - 4.1.3.2 Protokolle und Protokollstacks [Seite 168]
8.1.3.3 - 4.1.3.3 Der Protokollstack des Internets [Seite 170]
8.2 - 4.2 Techniken in UNIX/Linux [Seite 171]
8.2.1 - 4.2.1 Shared Memory [Seite 172]
8.2.1.1 - 4.2.1.1 API-Funktionen [Seite 172]
8.2.1.2 - 4.2.1.2 Programmbeispiel: Erzeuger-Verbraucher-System [Seite 174]
8.2.2 - 4.2.2 Pipes [Seite 175]
8.2.2.1 - 4.2.2.1 Benannte Pipes [Seite 176]
8.2.2.2 - 4.2.2.2 Unbenannte Pipes [Seite 177]
8.2.3 - 4.2.3 Message Queues [Seite 178]
8.2.3.1 - 4.2.3.1 API-Funktionen: Erzeugen und Löschen [Seite 178]
8.2.3.2 - 4.2.3.2 API-Funktionen: Senden und Empfangen [Seite 179]
8.2.3.3 - 4.2.3.3 Programmbeispiel: Erzeuger-Verbraucher-System [Seite 182]
8.2.4 - 4.2.4 Sockets [Seite 183]
8.2.4.1 - 4.2.4.1 Domains und Typen [Seite 183]
8.2.4.2 - 4.2.4.2 API-Funktionen: Übersicht [Seite 184]
8.2.4.3 - 4.2.4.3 API-Funktionen: Erzeugen und Schließen [Seite 186]
8.2.4.4 - 4.2.4.4 API-Funktionen: Verbinden und Kommunizieren [Seite 188]
8.2.4.5 - 4.2.4.5 Programmbeispiel: Stream-Sockets [Seite 189]
8.2.4.6 - 4.2.4.6 Programmbeispiel: Datagram-Sockets [Seite 192]
8.3 - 4.3 Techniken in Java [Seite 194]
8.3.1 - 4.3.1 Übersicht [Seite 194]
8.3.2 - 4.3.2 Piped Streams [Seite 195]
8.3.3 - 4.3.3 Sockets [Seite 197]
8.3.3.1 - 4.3.3.1 Stream-Sockets [Seite 198]
8.3.3.2 - 4.3.3.2 Datagram-Sockets [Seite 201]
8.4 - 4.4 Zusammenfassung und Ausblick [Seite 203]
9 - 4A Kommunikation: Aufgaben [Seite 206]
9.1 - 4A.1 Wissens- und Verständnisfragen [Seite 206]
9.2 - 4A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben [Seite 209]
9.3 - 4A.3 Programmierung unter UNIX/Linux [Seite 210]
9.4 - 4A.4 Programmierung in Java [Seite 214]
10 - 5 Kooperation [Seite 218]
10.1 - 5.1 Modelle und Techniken [Seite 218]
10.1.1 - 5.1.1 Das Client-Server-Modell [Seite 218]
10.1.1.1 - 5.1.1.1 Grundlegende Struktur [Seite 219]
10.1.1.2 - 5.1.1.2 Zeitliche Abläufe [Seite 219]
10.1.1.3 - 5.1.1.3 Implementierungsaspekte [Seite 221]
10.1.2 - 5.1.2 Das Peer-to-Peer-Modell [Seite 222]
10.1.3 - 5.1.3 Programmiertechniken [Seite 223]
10.1.3.1 - 5.1.3.1 Prozedurorientierte Kooperation [Seite 223]
10.1.3.2 - 5.1.3.2 Objektorientierte Kooperation [Seite 225]
10.1.3.3 - 5.1.3.3 Webbasierte Kooperation [Seite 226]
10.2 - 5.2 Techniken in UNIX/Linux [Seite 227]
10.2.1 - 5.2.1 Kooperation über Sockets [Seite 227]
10.2.2 - 5.2.2 Remote Procedure Call (RPC) [Seite 229]
10.2.2.1 - 5.2.2.1 Komponenten und ihr Zusammenspiel [Seite 229]
10.2.2.2 - 5.2.2.2 Schritte der Programmierung [Seite 231]
10.3 - 5.3 Techniken in Java [Seite 235]
10.3.1 - 5.3.1 Remote Method Invocation (RMI) [Seite 235]
10.3.1.1 - 5.3.1.1 Komponenten und ihr Zusammenspiel [Seite 235]
10.3.1.2 - 5.3.1.2 Schritte der Programmierung [Seite 236]
10.3.2 - 5.3.2 Dynamische Webseiten [Seite 239]
10.3.2.1 - 5.3.2.1 Applets [Seite 239]
10.3.2.2 - 5.3.2.2 Servlets und Java Server Pages [Seite 241]
10.3.3 - 5.3.3 Web Services [Seite 242]
10.4 - 5.4 Zusammenfassung [Seite 244]
11 - 5A Kooperation: Aufgaben [Seite 246]
11.1 - 5A.1 Wissens- und Verständnisfragen [Seite 246]
11.2 - 5A.2 Sprachunabhängige Anwendungsaufgaben [Seite 248]
11.3 - 5A.3 Programmierung unter UNIX/Linux [Seite 250]
11.4 - 5A.4 Programmierung in Java [Seite 251]
12 - Literatur und Internet [Seite 254]
12.1 - Internet-Quellen [Seite 255]
13 - Index [Seite 256]