【问题标题】:How does this pthread_cond_wait() example work?这个 pthread_cond_wait() 示例如何工作?
【发布时间】:2014-07-20 04:03:58
【问题描述】:

我从这个网站得到了以下代码:

https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/#Abstract

这个简单的示例代码演示了几个 Pthread 的使用 条件变量例程。主例程创建三个线程。 其中两个线程执行工作并更新“计数”变量。这 第三个线程一直等到计数变量达到指定值。

我的问题是 - 下面的代码如何确保在观察者线程锁定互斥体之前,两个工作线程之一不会锁定互斥体?如果发生这种情况,观察者线程将被锁定,pthread_cond_wait(&count_threshold_cv, &count_mutex) 将永远不会被调用?

我假设pthread_create() 实际上也开始了线程。这是因为观察者线程的pthread_create() 在两个工作线程的pthread_create() 之前开始的唯一原因吗?!当然这不是铸铁,调度可能会导致工作线程在观察者线程之前开始?甚至编译器也可能对这些代码行重新排序?

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define NUM_THREADS  3
#define TCOUNT 10
#define COUNT_LIMIT 12

int     count = 0;
int     thread_ids[3] = {0,1,2};
pthread_mutex_t count_mutex;
pthread_cond_t count_threshold_cv;

void *inc_count(void *t) 
{
  int i;
  long my_id = (long)t;

  for (i=0; i<TCOUNT; i++) {
    pthread_mutex_lock(&count_mutex);
    count++;

    /* 
    Check the value of count and signal waiting thread when condition is
    reached.  Note that this occurs while mutex is locked. 
    */
    if (count == COUNT_LIMIT) {
      pthread_cond_signal(&count_threshold_cv);
      printf("inc_count(): thread %ld, count = %d  Threshold reached.\n", 
             my_id, count);
      }
    printf("inc_count(): thread %ld, count = %d, unlocking mutex\n", 
       my_id, count);
    pthread_mutex_unlock(&count_mutex);

    /* Do some "work" so threads can alternate on mutex lock */
    sleep(1);
    }
  pthread_exit(NULL);
}

void *watch_count(void *t) 
{
  long my_id = (long)t;

  printf("Starting watch_count(): thread %ld\n", my_id);

  /*
  Lock mutex and wait for signal.  Note that the pthread_cond_wait 
  routine will automatically and atomically unlock mutex while it waits. 
  Also, note that if COUNT_LIMIT is reached before this routine is run by
  the waiting thread, the loop will be skipped to prevent pthread_cond_wait
  from never returning. 
  */
  pthread_mutex_lock(&count_mutex);
  while (count<COUNT_LIMIT) {
    pthread_cond_wait(&count_threshold_cv, &count_mutex);
    printf("watch_count(): thread %ld Condition signal received.\n", my_id);
    count += 125;
    printf("watch_count(): thread %ld count now = %d.\n", my_id, count);
    }
  pthread_mutex_unlock(&count_mutex);
  pthread_exit(NULL);
}

int main (int argc, char *argv[])
{
  int i, rc;
  long t1=1, t2=2, t3=3;
  pthread_t threads[3];
  pthread_attr_t attr;

  /* Initialize mutex and condition variable objects */
  pthread_mutex_init(&count_mutex, NULL);
  pthread_cond_init (&count_threshold_cv, NULL);

  /* For portability, explicitly create threads in a joinable state */
  pthread_attr_init(&attr);
  pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
  pthread_create(&threads[0], &attr, watch_count, (void *)t1);
  pthread_create(&threads[1], &attr, inc_count, (void *)t2);
  pthread_create(&threads[2], &attr, inc_count, (void *)t3);

  /* Wait for all threads to complete */
  for (i=0; i<NUM_THREADS; i++) {
    pthread_join(threads[i], NULL);
  }
  printf ("Main(): Waited on %d  threads. Done.\n", NUM_THREADS);

  /* Clean up and exit */
  pthread_attr_destroy(&attr);
  pthread_mutex_destroy(&count_mutex);
  pthread_cond_destroy(&count_threshold_cv);
  pthread_exit(NULL);

}

【问题讨论】:

  • 你从什么得到这个“...观察者线程将被锁定并且 pthread_cond_wait(&count_threshold_cv, &count_mutex) 永远不会被调用?”印象?
  • 观察者函数和工作者函数都在开始时锁定互斥锁。工作线程之一继续进行,还是监视线程继续进行?
  • 然后再次解锁互斥锁。工作人员通过调用pthread_mutex_unlock() 显式执行此操作,而观察者通过调用pthread_cond_wait() 隐式执行此操作。
  • 嗯,现在说得通了。

标签: c multithreading concurrency pthreads posix


【解决方案1】:

我的问题是 - 下面的代码如何确保两个工作线程之一在观察者线程锁定之前不会锁定 >mutex?

代码不需要确保这一点。它不依赖于调用 pthread_cond_wait() 的观察者线程。

观察者线程检查count&lt;COUNT_LIMIT,这是线程关心的实际情况 - 或者相反,当count &gt;= COUNT_LIMIT - 观察者线程知道其他线程已完成。

pthread_cond_wait() 中使用的 pthread 条件变量只是在线程未完成的情况下需要,因此观察者线程可以进入睡眠状态并唤醒以检查它关心的条件。

也就是说,这个例子看起来有点傻,不太清楚观察者线程想要通过count += 125;实现什么

【讨论】:

  • watch_count() 调用 pthread_mutex_lock();在它调用 pthread_cond_wait() 之前。工作线程还调用 pthread_mutex_lock()。那么如果工作线程锁定了观察者线程,pthread_cond_wait()就不会被调用,也就不会有“等待”了?
  • @user997112 当然,没问题。这意味着观察者线程将改为等待 pthread_mutex_lock() ,当它最终获得互斥锁时,它可能会发现while (count&lt;COUNT_LIMIT) 为假,这似乎是watch_count 的目标 - 等到count 达到COUNT_LIMIT。仅调用pthread_cond_wait 或由另一个线程发出信号本身就不是 pthread 条件变量的目标。你总是需要一个谓词来检查以避免竞争条件 - 你真正关心的是是否设置了一个标志,某个变量是否有一个特殊的值等等。
  • 嗯,如果工作线程先行,则将跳过 watcher 函数中的 while 循环。如果观察者线程先行,它将持有互斥体,然后点击 pthread_cont_wait() ,然后持有,释放工作线程的互斥体,然后他们将释放锁,观察者线程继续?
  • 是的,差不多。如果观察者线程先行,pthread_cont_wait() 会解锁互斥体并允许工作线程继续进行。工作线程最终将向条件变量发出信号,并且 pthread_cont_wait() 将返回,互斥体现在再次被观察者线程锁定。观察者线程将再次检查while (count&lt;COUNT_LIMIT),并确定它已经完成。介于两者之间的任何东西也具有相同的效果,例如在观察者线程抓取互斥体之前,工作线程可能会在其循环中进行 5 次迭代。
【解决方案2】:

您的代码中的注释说明您不必担心:

另外,请注意,如果在运行此例程之前达到 COUNT_LIMIT 等待线程,将跳过循环以防止 pthread_cond_wait 从永远不会回来。

事实上,如果您注意到,while 循环仅在COUNT_LIMIT 尚未到达count 时运行。如果是这种情况,则根本不会调用 pthread_cond_signal

【讨论】:

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