什么会导致程序中的不确定输出？

Question

我的多进程程序有一个错误。 该程序接收输入并立即产生输出，不涉及网络，并且没有任何时间参考。 这个错误的原因很难追踪，因为它只是有时发生。

如果我不断运行它，它会产生正确和不正确的输出，没有明显的顺序或模式。

什么会导致这种不确定的行为？ 有没有可以提供帮助的工具？ 可能存在未初始化的变量。 我如何找到那些？

编辑：问题已解决，感谢任何提出建议的人 竞争条件。 我没有想到这一点主要是因为我确信我的设计可以防止这种情况发生。 问题是我使用了“wait”而不是“waitpid”，因此有时，当某个进程足够幸运地在我预期的进程之前完成时，正确的顺序就会变得疯狂。

Answer 1

你说这是一个“多进程”程序 - 你能更具体一些吗？ 这很可能是您处理多个进程的竞争条件。

如果您能告诉我们更多有关流程如何交互的信息，我们也许能够提出一些可能性。 请注意，虽然 Artem 关于使用调试器的建议本身很好，但您需要注意，引入调试器很可能完全改变这种情况 - 特别是当涉及竞争条件时。 就我个人而言，我非常喜欢记录日志，但即使这样也可以巧妙地改变时间。

Answer 2

调度员！

基本上，当您有多个进程时，它们可以按照它们想要的任何奇怪的顺序运行。 如果这些进程共享它们正在读取和写入的资源（无论是文件、内存还是某种 IO 设备），操作将会以各种奇怪的顺序交错。 举一个简单的例子，假设您有两个线程（它们是线程，因此它们共享内存）并且它们都试图增加全局变量 x。

y = x + 1;
x = y

现在运行这些进程，但以这种方式交错代码

假设x = 1

P1：

y = x + 1

所以现在在P1中，对于本地变量y并且在堆栈上，y = 2。 然后调度程序介入并启动 P2

P2：

y = x + 1
x = y

进入此过程时 x 仍然是 1，因此已将 1 添加到其中，现在 x = 2

然后 P1 完成

P1：

x = y

并且 x 仍然是 2！ 我们将 x 增加了两次，但只得到了一次。 因为我们不知道这将如何发生，所以它被称为非确定性行为。

好消息是，您偶然发现了系统编程中最难的问题之一，也是许多函数式语言人员的主要战斗口号。

Answer 3

您很可能正在查看竞争条件，即不可预测的因此难以重现和调试不正确同步的线程或进程之间的交互。

这种情况下的非确定性源于进程/线程和内存访问调度。 这是不可预测的，因为它受到大量外部因素的影响，包括网络流量和用户输入，这些因素不断导致中断并导致每次运行程序时线程中的实际执行顺序不同。

Answer 4

可能是很多事情，内存泄漏，关键部分访问，未关闭的资源，未关闭的连接等等。只有一种工具可以帮助你 - DEBUGGER，或者尝试检查你的算法并找到错误，或者如果你成功指出有问题的部分，您可以在此处粘贴一个片段，我们会尽力帮助您。

Answer 5

从基础开始...确保所有变量都有默认值，并且所有动态内存在使用之前都已清零（即使用 calloc 而不是 malloc）。 应该有一个编译器选项来标记这一点（除非您使用一些不起眼的编译器）。

如果这是 C++（我知道它应该是一个“c”论坛），有时对象创建和初始化会落后于变量赋值，这可能会让您感到困扰。 例如，如果您有一个由多个线程同时使用的作用域（如在单例或全局变量中），这可能会导致问题：

if (!foo)
Foo tmp = new Foo();

如果有多个线程访问上述内容，第一个线程会找到 foo = null 并开始对象创建和赋值，然后产生。 另一个线程进来并发现 foo != null 因此跳过该部分并开始使用 foo。

Answer 6

我们需要查看有关代码的具体信息，以便能够给出更准确的答案，但为了简洁起见，当您有一个在多个进程或多线程之间进行协调的程序时，线程执行时间的变量可能会增加不确定性你的申请。 从本质上讲，操作系统所做的调度可能会导致进程和线程无序执行。 根据您的环境和代码，操作系统所做的调度可能会导致截然不同的结果。 您可以在google上搜索更多有关多线程乱序执行的信息； 这是一个很大的话题。

Answer 7

“多进程”是指多线程吗？ 如果我们有两个线程执行此例程

i = 1;
while(true)
{
    printf(i++);
    if(i > 4) i = 1;
}

通常我们期望输出类似于

112233441122334411223344

但实际上我们会看到类似的结果

11232344112233441231423

这是因为每个线程都会以不同的速率使用 CPU。 （日程安排背后有很多复杂的事情，我太弱了，无法告诉你其背后的技术内容。）可以说，从普通人的角度来看，日程安排是相当随机的。

这是其他评论中提到的竞争条件的示例。