C/Linux：线程同步的使用答案

【问题标题】：C/Linux: Uses of thread synchronizationC/Linux：线程同步的使用
【发布时间】：2020-07-29 19:46:30
【问题描述】：

我很难理解线程同步。我得到了以下线程函数：

void *thread_function(void *unused)
{
    long aux;

    for(int i = 0; i < 1000; i++){
        aux = count;
        aux++;
        usleep(random() % 10);
        count = aux;

    }

    return NULL;
}

count 是一个全局变量，初始化为 0。如果我用 N 个线程（例如 4）运行此函数，count 会在值 1000 附近波动。

为什么会发生这种情况，正确的计数值应该是多少？如果我在 for 循环之前放置一个信号量 sem_wait，在 for 循环之后放置 sem_post，这是否意味着我的线程不再并行运行？我应该将sem_wait 和sem_post 放在哪里才能使我的线程正确同步？

【问题讨论】：

标签： c linux multithreading synchronization

【解决方案1】：

您假设操作是原子的。现在假设它们不是，在实际系统中就是这种情况。

作为一个全局变量，count 可以被系统中的所有线程访问。这意味着，在没有同步的情况下，所有线程将以非确定性和交错的方式执行以下操作：

for(int i = 0; i < 1000; i++){
    aux = count;
    aux++;
    usleep(random() % 10);
    count = aux;

}

总而言之，在循环的每次迭代中，每个线程都会在给定的时刻拥有 count 值的副本，递增该副本 (aux++)，然后将 count 分配给本地值 count = aux; .

问题 1：每个线程读取的值 count 在线程执行时可能因线程而异，因为一个线程可能正在读取一个值，该值在紧接之后的某个时间瞬间被另一个（或多个）线程修改（请记住，操作不是原子的，可以以交错的方式执行）。

问题 2：分配给 count 的值不受任何锁定机制的保护，这意味着多个线程可能以交错方式甚至同时执行该指令（例如，在多处理器系统中这是可能的） .这意味着正在执行的线程之一（您不知道它是什么）会将count = aux 中的count 的值设置为aux。

一个可能的执行场景的简单示例：

例如，让我们假设三个线程。线程 1 读取值 count = 100 并被抢占。线程 2 读取值 100 并执行一段时间，将计数设置为（比如说）300，然后它被抢占。最后，线程 3 读取值 300 并执行一些循环迭代。如果线程 1 再次执行并设置值 count = aux，则在一次循环迭代后，值将设置为 101。看看问题！

需要同步以确保只有一个线程在执行读取、递增和赋值，实际上是为了使操作表现得好像它们是原子的。

问：如果我在 for 循环之前放置一个信号量 sem_wait，在 for 循环之后放置 sem_post，这是否意味着我的线程不再并行运行？

答：这意味着每个线程将交错执行 for 循环。例如，线程 1 将执行 for 循环的 100 次迭代，线程 2 将执行 200 次迭代等。请记住：调度程序控制每个线程的执行，因此迭代次数不受用户控制。您的代码是同步的，但不是以理想的方式。

问：我应该将sem_wait 和sem_post 放在哪里才能使我的线程正确同步？

答：您应该将信号量用于尽可能少的需要同步的操作，以便从并发/并行代码执行中获得最大收益。例如，使用信号量，您的代码可能是：

for(int i = 0; i < 1000; i++){
    sem_wait(...);
        count++;
    sem_post(...);
}

您不再需要aux，因为信号量确保只有一个线程在增加count 的值。

注意，当您使用线程时，您也可以使用互斥锁代替信号量。

我希望这能澄清你的疑虑。

【讨论】：