在 C 中的线程之间切换

Question

我正在尝试编写这样的代码：

输入 1：

2
123
abc

输出：

1a2b3c

第一行是下面的行数和我必须使用的线程数（最多 10 个）。 随机字符的行可能有不同的大小。

输入 2：

5
abcdef
123456789
xyz
ghi
j

输出 2：

a1xgjb2yhc3zid4e5f6789

我正在尝试使用互斥锁，但到目前为止我无法解决它。 任何帮助表示赞赏。

这是我的代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h> 
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int n_strings;
char chars[10][100];
char output[1000];
pthread_t thread[10];
int count = 0;

static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INICIALIZER;

void* mix_it_up(void* arg)
{
    char* a = (char*) arg;

    for (int i = 0; i < strlen(a); i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        output[count++] = a[i];
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

int main(void)
{
scanf("%d", &n_strings);

for (int i = 0; i < n_strings; i++)
{
    scanf("%s", chars[i]);
}

for (int i = 0; i < n_strings; i++)
{
    pthread_create(&thread[i], NULL, mix_it_up, (void*) chars[i]);
}

for (int i = 0; i < n_strings; ++i)
{
    pthread_join(thread[i], NULL);
}

pthread_mutex_destroy(&mutex);
printf("%s\n", output);
return(0);
}

感谢任何帮助。谢谢

Answer 1

除了你的全局互斥体，还有一个全局条件变量：

static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

还有一个额外的变量来指示轮到哪个线程：

static int running_thread = 0;

每个线程都需要知道它拥有哪个序列 ID。而不是从字符传递一个元素，只需传递索引

for (int i = 0; i < n_strings; i++)
{
    pthread_create(&thread[i], NULL, mix_it_up, (void*)i);
}

那么你的线程需要在一个循环中等待获得访问。然后它通过更新running_thread 并通知所有线程从等待循环中唤醒以查看是否轮到它们来传递控制权。

void* mix_it_up(void* arg)
{
    int threadid = (int)arg;

    char* a = chars[threadid];

    for (int i = 0; i < strlen(a); i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        // wait for our turn
        while (running_thread != threadid)
        {
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // releases locks and waits for notify
            // mutex lock is implicitly re-acquired when cond_wait returns
        }

        output[count++] = a[i];

        // indicate which thread runs next
        running_thread = (running_thread + 1) % n_strings;

        // notify other threads to wakeup from pthread_cond_wait
        pthread_cond_broadcast(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

这种方法的一个缺点是每次pthread_cond_broadcast 调用都会不必要地唤醒N-2 个线程。这对于〜10个线程来说非常好。但是，如果您有数百个线程，那么每个线程唤醒、再次获取互斥锁、运行、检查是否(running_thread != threadid) 然后返回等待的开销要大得多。

更复杂的方法是让所有线程共享 N 个pthread_cond_t 而不是只有 1 个。他们这样，每个线程都可以被显式唤醒，而不是通知所有线程唤醒。如果您有超过 10 个线程，这将是一个不错的方法。请记住，您仍然需要在每次（虚假）唤醒时检查(running_thread != threadid)。换句话说，一个信号量。