多个生产者/消费者和临界区代码问题

Question

我正在尝试用 C 解决多个生产者/消费者问题，但它没有按预期工作。以下是一些伪代码来代表我的实现。

Thread thread1;
Thread thread2;
Thread thread3;

Data data1;
Mutex data1_mutex;
Semaphore data1_empty;
Semaphore data1_fill;

Data data2;
Mutex data2_mutex;
Semaphore data2_empty;
Semaphore data2_fill;

thread1()
{
   // creates data and places it into data1.

   wait(data1_empty);
   lock(data1_mutex);

   // critical section

   unlock(data1_mutex);
   post(data1_fill);
}

thread2()
{
   // Removes data from data1, processes it, and places it into data2.

   // data1
   wait(data1_fill);
   lock(data1_mutex);

   // data2
   wait(data2_empty);
   lock(data2_mutex);

   // critical section

   // data2
   unlock(data2_mutex);
   post(data2_fill);

   // data1
   unlock(data1_mutex);
   post(data1_empty);
}

thread3()
{
   // Removes data from data2, prints its results, and removes it.

   wait(data2_fill);
   lock(data2_mutex);

   // critical section

   unlock(data2_mutex);
   post(data2_empty);
}

但是，使用此解决方案，data1 将填满，但 thread2 将锁定并且永远不会运行。我的实现有问题吗？

编辑 #1

我发现的问题之一是我的第二个互斥体没有正确创建。我不知道它出了什么问题，所以我只是对所有线程使用第一个互斥体。我还做了其他一些事情来让它工作，所以稍后当我有时间时我将更新我的伪代码以反映这一点。

Answer 1

如果您对 Data 使用某种排队类型，则应该能够完全删除“空”信号量，除非您试图强加每个 Data 的条件队列深度严格为 0 或 1。如果在 thread2 中使用局部变量，则可以减小临界区的大小。

然后代码就变成这样：

thread1() {
    //Wait for data to put in the queue (i.e. a blocking socket read)
    lock(data1_mutex);
    data1.push(someData);
    unlock(data1_mutex);
    post(data1_fill);
}

thread2() {
    DataType dataElement;
    wait(data1_fill);
    lock(data1_mutex);
    dataElement = data1.pop();
    unlock(data1_mutex);

    lock(data2_mutex);
    data2.push(dataElement);
    unlock(data2_mutex);
    post(data2_fill);
}

thread3() {
    DataType dataElement;
    wait(data2_fill);
    lock(data2_mutex);
    dataElement = data2.pop();
    unlock(data2_mutex);
    //do something with dataElement here
}

Answer 2

确保您最初发布 data1_empty 和 data2_empty。

Answer 3

wrang-wrang 所说的，在等待 data_2_empty 时尽量不要持有 data_1 的锁。您可以通过为交换出的 data_1 和 data_2 保留备用缓冲区来实现此目的。 Thread_2 在处理 data_1 时将其交换到 data_2，thread_3 在处理时将 ​​data_2 交换出。您当前的伪代码将允许线程 1 和线程 3 并发运行，但不允许线程 2 与其他线程同时执行。