简单的定制互斥体失败

Question

你能发现代码中的错误吗？门票最终降到 0 以下，导致长时间的摊位。

struct SContext {
    volatile unsigned long* mutex;
    volatile long* ticket;
    volatile bool* done;
};

static unsigned int MyThreadFunc(SContext* ctxt) {

    // -- keep going until we signal for thread to close
    while(*ctxt->done == false) {

        while(*ctxt->ticket) { // while we have tickets waiting
            unsigned int lockedaquired = 0;
            do {
                if(*ctxt->mutex == 0) { // only try if someone doesn't have mutex locked
                    // -- if the compare and swap doesn't work then the function returns
                    // -- the value it expects
                    lockedaquired = InterlockedCompareExchange(ctxt->mutex, 1, 0);
                }
            } while(lockedaquired !=  0); // loop while we didn't aquire lock
            // -- enter critical section

            // -- grab a ticket
            if(*ctxt->ticket > 0);
                     (*ctxt->ticket)--;

            // -- exit critical section
            *ctxt->mutex = 0; // release lock
        }
     }

     return 0;
}

调用函数等待线程完成

    for(unsigned int loops = 0; loops < eLoopCount; ++loops) {
        *ctxt.ticket = eNumThreads; // let the threads start!

        // -- wait for threads to finish
        while(*ctxt.ticket != 0)
            ; 
    }
    done = true;

编辑：

这个问题的答案很简单，不幸的是，在我花时间修剪示例以发布简化版本后，我在发布问题后立即找到了答案。叹息..

我将 lockaquired 初始化为 0。然后，作为不占用总线带宽的优化，如果互斥体被占用，我不会执行 CAS。

不幸的是，在这种情况下，当锁定被获取时，while 循环将让第二个线程通过！

抱歉问了这个额外的问题。我以为我不理解 Windows 低级同步原语，但实际上我只是犯了一个简单的错误。

Answer 1

我在您的代码中看到了另一场竞赛：一个线程可能导致 *ctxt.ticket 达到 0，从而允许父循环返回并重新设置 *ctxt.ticket = eNumThreads 不持有*ctxt.mutex。其他一些线程现在可能已经持有互斥体（事实上，它可能确实如此）并在 *ctxt.ticket 上进行操作。对于您的简化示例，这只会阻止“批次”被干净地分离，但是如果您在 loops 循环的顶部有更复杂的初始化（如比单个单词写入更复杂），您可以看到奇怪的行为。

Answer 2

我发布了一个错误，我认为这是一个合法的多线程问题，但实际上这只是错误的逻辑。我一发布就解决了这个错误。这是问题行和答案，

unsigned int lockedaquired = 0;

我将 lockaquired 初始化为 0，然后在添加 if 语句以跳过执行 CAS 的昂贵操作之后。这种优化导致它脱离 while 循环并进入临界区。将代码更改为

unsigned int lockedaquired = 1;

修复问题。我还发现代码中还有另一个隐藏的问题（我真的不应该再在深夜编码了）。有人注意到关键部分 if 语句后面的分号吗？叹息...

if(*ctxt->ticket > 0);
    (*ctxt->ticket)--;

应该是的

if(*ctxt->ticket > 0)

另外，Ben Jackson 指出，当我们将票证重置为 eNumThreads 时，线程可能会位于关键部分内。虽然这在此示例代码中完全没问题，但如果您要将其应用于需要执行更多操作的问题，则可能不安全，因为线程未按步调运行，因此如果您将其应用于您的应用程序，请记住这一点。代码。

最后一点，如果有人决定使用此代码来实现自己的互斥体，请记住您的主驱动程序线程正在空闲。如果您在关键部分执行需要大量时间的大型操作，并且您的票数很高，请考虑让出您的线程，让其他软件在等待时使用 CPU。另外，如果临界区很大，请考虑使用自旋锁。

谢谢