为什么此代码在 valgrind (helgrind) 下失败？

Question

**已解决：在我的类的构造函数中，我有一个信号量的构造与线程的构造竞争，我希望首先创建信号量，然后创建线程。对我有用的解决方案是首先在基类中创建信号量，这样我就可以在派生类中依赖它。 **

我有一个相当小的 pthreads C++ 程序，在正常条件下可以正常工作。然而，当在程序上使用 valgrind 的线程错误检查工具时，它似乎发现了竞争条件。使这种竞争条件特别难以避免的原因是它发生在“Semaphore”类内部（它实际上只是封装了 sem_init、sem_wait 和 sem_post），所以我无法用另一个信号量来解决这个问题（并且不必这样做） ）。我不认为 valgrind 会给出误报，因为我的程序在 valgrind 下运行时显示出不同的行为。

这是 Semaphore.cpp * ：

#include "Semaphore.h"
#include <stdexcept>
#include <errno.h>
#include <iostream>

Semaphore::Semaphore(bool pshared,int initial)
   : m_Sem(new sem_t())
{
  if(m_Sem==0)
    throw std::runtime_error("Semaphore constructor error: m_Sem == 0");
  if(sem_init(m_Sem,(pshared?1:0),initial)==-1)
    throw std::runtime_error("sem_init failed");
}

Semaphore::~Semaphore()
{
    sem_destroy(m_Sem);
    delete m_Sem;
}
void Semaphore::lock()
{
  if(m_Sem==0)
    throw std::runtime_error("Semaphore::lock error: m_Sem == 0");

  int rc;
  for(;;){
    rc = sem_wait(m_Sem);
    if(rc==0) break;
    if(errno==EINTR) continue;
    throw std::runtime_error("sem_wait failed");
  }
}
void Semaphore::unlock()
{
  if(sem_post(m_Sem)!=0)
    throw std::runtime_error("sem_post failed");
}

• 注意 Semaphore 的构造函数如何创建一个名为“m_Sem”的新 sem_t，并在 m_Sem 仍然等于 0 的极不可能的情况下抛出异常。这只是意味着该构造函数应该不可能允许 m_Sem 等于0. 好吧...继续讨论 Semaphore::lock：无论从哪个线程（以及构造函数）调用该函数，理论上，m_Sem 仍然不可能为 0，对吗？好吧，当我在 helgrind 下运行我的程序时，Semaphore::lock 果然最终抛出了这个异常“Semaphore::lock error: m_Sem==0”，我真的认为这是不可能的。

我已经在其他程序中使用了这个 Semaphore 类，这些程序没有任何问题地通过了 helgrind，而且我真的不确定我在这里做了什么特别的事情导致了这个问题。根据 helgrind 的说法，竞争发生在一个线程中 Semaphore 构造函数中的写入和另一个线程中 Semaphore::lock 中的读取之间。老实说，我什至不明白这是怎么可能的：对象的方法如何与该对象的构造函数存在竞争条件？ C++ 不保证在调用对象的方法之前已经调用了构造函数吗？即使在多线程环境中，怎么会违反这一点呢？

无论如何，现在是 valgrind 输出。我正在使用 valgind 版本“Valgrind-3.6.0.SVN-Debian”。 Memcheck 说一切都很好。这是 helgrind 的结果：

$ valgrind --tool=helgrind --read-var-info=yes ./try
==7776== Helgrind, a thread error detector
==7776== Copyright (C) 2007-2009, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP et al.
==7776== Using Valgrind-3.6.0.SVN-Debian and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==7776== Command: ./try
==7776==
terminate called after throwing an instance of '==7776== Thread #1 is the program's root thread
==7776==
==7776== Thread #2 was created
==7776== at 0x425FA38: clone (clone.S:111)
==7776== by 0x40430EA: pthread_create@@GLIBC_2.1 (createthread.c:249)
==7776== by 0x402950C: pthread_create_WRK (hg_intercepts.c:230)
==7776== by 0x40295A0: pthread_create@* (hg_intercepts.c:257)
==7776== by 0x804CD91: Thread::Thread(void* (*)(void*), void*) (Thread.cpp:10)
==7776== by 0x804B2D5: ActionQueue::ActionQueue() (ActionQueue.h:40)
==7776== by 0x80497CA: main (try.cpp:9)
==7776==
==7776== Possible data race during write of size 4 at 0x42ee04c by thread #1
==7776== at 0x804D9C5: Semaphore::Semaphore(bool, int) (Semaphore.cpp:8)
==7776== by 0x804B333: ActionQueue::ActionQueue() (ActionQueue.h:40)
==7776== by 0x80497CA: main (try.cpp:9)
==7776== This conflicts with a previous read of size 4 by thread #2
==7776== at 0x804D75B: Semaphore::lock() (Semaphore.cpp:26)
==7776== by 0x804B3BE: Lock::Lock(Semaphore&) (Lock.h:17)
==7776== by 0x804B497: ActionQueue::ActionQueueLoop() (ActionQueue.h:56)
==7776== by 0x8049ED5: void* CallMemFun, &(ActionQueue::ActionQueueLoop())>(void*) (CallMemFun.h:7)
==7776== by 0x402961F: mythread_wrapper (hg_intercepts.c:202)
==7776== by 0x404296D: start_thread (pthread_create.c:300)
==7776== by 0x425FA4D: clone (clone.S:130)
==7776==
std::runtime_error'
  what(): Semaphore::lock error: m_Sem == 0
==7776==
==7776== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==7776== Use --history-level=approx or =none to gain increased speed, at
==7776== the cost of reduced accuracy of conflicting-access information
==7776== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 5 from 5)

任何拥有 git 和 valgrind 的人都可以通过检查我的 git repo 分支（据记录，当前提交 262369c2d25eb17a0147）中的代码来重现此内容，如下所示：

$ git clone git://github.com/notfed/concqueue -b semaphores
$ cd concqueue
$ make 
$ valgrind --tool=helgrind --read-var-info=yes ./try

Answer 1

尽管看起来该线程正在尝试在线程 1 完成运行构造函数之前使用线程 2 中的信号量。在这种情况下，m_Sem 可以为 NULL(0) 或任何其他值。

Answer 2

好吧，我发现问题了。我的 ActionQueue 类在构造时创建（除了其他之外）两个对象：一个信号量和一个线程。问题是，这个线程正在使用那个信号量。我错误地认为信号量会在进入构造函数之前自动创建，因为它是一个成员对象。我的解决方案是从构建信号量的基类派生 ActionQueue；这样，当我到达 ActionQueue 的构造函数时，我可以指望已经构造了基类的成员。