Multithreaded-Prozesse und close()

Wahrscheinlich ist es unklug, Dateideskriptoren zu schließen, die möglicherweise noch durch Systemaufrufe in anderen Threads desselben Prozesses belegt sein können. Da Dateideskriptoren wiederverwendet werden können, kann dies zu undurchsichtigen »Race Conditions« mit unbeabsichtigten Nebenwirkungen führen.

Betrachten Sie des Weiteren folgendes Szenario, bei dem zwei Threads Aktionen auf den gleichen Dateideskriptor ausführen:

(1)

Ein Thread blockiert auf einem E/A-Systemaufruf auf dem Dateideskriptor. Beispielsweise versucht er in eine Pipe zu schreiben (write(2)), die bereits voll ist, oder versucht aus einem Datenstrom-Socket zu lesen (read(2)), der derzeit über keine Daten verfügt.

(2)

Ein anderer Thread schließt den Dateideskriptor.

Das Verhalten in dieser Situation unterscheidet sich zwischen Systemen. Auf einigen Systemen kehrt der blockierte Systemaufruf sofort mit einem Fehler zurück, wenn der Dateideskriptor geschlossen wird.

Unter Linux (und möglicherweise einigen anderen Systemen) ist das Verhalten anders: Der blockierende E/A-Systemaufruf hält eine Referenz auf die zugrundeliegende offene Dateideskription und diese Referenz hält die Deskription offen, bis der E/A-Systemaufruf abschließt. (Siehe open(2) für eine Diskussion von offenen Dateideskriptionen). Daher kann sich der blockierende Systemaufruf in dem ersten Thread nach einem close() in dem zweiten Thread erfolgreich beenden.

Umgang mit von close() zurückgelieferten Fehlern

Ein sorgfältiger Programmierer prüft den Rückgabewert von close(), da es durchaus möglich ist, dass Fehler bei einer früheren write(2)-Operation erst bei dem abschließenden close()-Zugriff, bei dem die offenen Dateideskriptoren freigegeben werden, gemeldet werden. Wird der Rückgabewert beim Schließen einer Datei nicht geprüft, kann dies zu unbemerktem Datenverlust führen. Dies kann vor allem mit NFS und Plattenkontingenten beobachtet werden.

Beachten Sie allerdings, dass ein zurückgelieferter Fehler nur für diagnostische Zwecke (d.h. einer Warnung an die Anwendung, dass E/A noch in Verarbeitung ist, oder dass es fehlgeschlagene E/A gegeben haben könnte) oder für abhelfende Zwecke (z.B. dem erneuten Schreiben der Datei oder dem Erstellen einer Sicherungskopie) verwandt werden sollte.

Es ist falsch, nach einer Rückgabe eines Fehlers close() erneut zu versuchen, da es dazu führen könnte, dass ein wiederverwandter Dateideskriptor von einem anderen Thread geschlossen werden könnte. Dies kann auftreten, da der Linux-Kernel Dateideskriptoren immer früh in der Close-Aktion für die Wiederbenutzung freigibt und die Schritte, die einen Fehler liefern können, wie das Rausschreiben von Daten zu dem Dateisystem oder Gerät, erst später in der Close-Aktion vorkommen.

Viele andere Implementierunngen schließen den Dateideskriptor ähnlich (außer im Falle von EBADF, der bedeutet, dass der Dateideskriptor ungültig war), selbst falls sie im folgenden einen Fehler bei der Rückkehr von close() berichten. POSIX.1 sagt derzeit zu diesem Punkt nichts aus, aber es gibt Überlegungen, dieses Verhalten in der nächsten großen Veröffentlichung dieses Standards zu verpflichten.

Ein sorgfältiger Programmierer, der über E/A-Fehler Bescheid wissen möchte, kann close() einen Aufruf von fsync(2) vorschalten.

Der Fehler EINTR ist etwas speziell. Bezüglich des Fehlers EINTR sagt POSIX.1-2008:

Dies erlaubt das Verhalten, das auf Linux und vielen anderen Implementierungen auftritt, bei dem, wie auch bei anderen von close() berichteten Fehlern, garantiert wird, dass der Dateideskriptor geschlossen ist. Es erlaubt allerdings auch eine andere Möglichkeit: dass die Implementierung einen Fehler EINTR zurückliefert und den Dateideskriptor offen hält. (Laut seiner Beschreibung ist dies für close() unter HP-UX der Fall.) Der Aufrufende muss dann erneut close() verwenden, um den Dateideskriptor zu schließen und Lecks bei Dateideskriptoren zu vermeiden. Diese Divergenz in Implementierungsverhalten stellt eine schwierige Hürde für portable Anwendungen dar, da unter vielen Implementierungen close() nicht nach einem Fehler EINTR erneut aufgerufen werden darf, und bei mindestens einer close() erneut aufgerufen werden muss. Es gibt Überlegungen, dieses Puzzle für die nächste Hauptveröffentlichung des Standards POSIX.1 zu lösen.