pThread同步问题

Question

我面临 pthread 同步问题。 threadWaitFunction1，是一个线程等待函数。 我期望行号。 247 flag = 1 仅在 243-246 完成后执行。 但我觉得奇怪的是，有时，在243-246还没有完成之前，它就直接跳到247。

请帮我。

提前致谢。

236   struct timespec timeToWait;
237   static void* threadWaitFunction1(void *timeToWaitPtr)
238   {
239       cout << "Setting flag =0 inside threadWaitFunction1\n";
240       
241       cout << "Inside threadWaitFunction\n";
242       struct timespec *ptr = (struct timespec*) timeToWaitPtr;
243       pthread_mutex_lock(&timerMutex);
          flag = 0;
244       pthread_cond_timedwait(&timerCond, &timerMutex, ptr);
          flag=1;
245       pthread_mutex_unlock(&timerMutex);
246       cout << "Setting flag =1 inside threadWaitFunction1\n";
247       
248
249    }

创建并调用上述线程的线程是：

263  static void timer_trackStartTime ()
264  {
265       struct timeval now;
266       pthread_t thread;
267       
268       printf("Inside trackStartTime: flag = %d\n",flag);
269 
270      /* Setting timer expiration */
271       timeToWait.tv_sec = lt_leak_start_sec;;  // First expiry after 1 sec
272       timeToWait.tv_nsec = lt_leak_start_nsec;
273       pthread_create(&thread, NULL, threadWaitFunction1, &timeToWait);
274       pthread_join(thread, NULL);
275       //pthread_kill(thread, SIGKILL); // Destroying the thread to ensure no leaks
276 
.
.
283       }

如果我使用 pthread_mutex_lock 保护整个函数，但仍然存在相同的问题。如何保证有序执行？有人可以帮忙吗？

编辑：now.tv_sec 和 now.tv_nsec 从代码中删除。 *编辑：更改了互斥体内的标志（仍然不起作用）*

Answer 1

因此，让你不高兴的并不是真正的执行顺序（这很可能是正确的），而是时间安排。在“它在 243-246 完成之前直接跳转到 247”下，您的意思是“我观察到它在 244 中应该等待的时间过去之前执行了 247”。正确的？

然后，我怀疑这是 虚假唤醒 的问题：即使没有，线程也可能会被唤醒其他线程向条件变量发出信号。 pthread_cond_timedwait() 的规范指出“pthread_cond_timedwait() 或 pthread_cond_wait() 函数可能会发生虚假唤醒。”

通常，条件变量与应用程序中的某个事件相关联，等待条件变量的线程实际上是在等待另一个线程发出的表明感兴趣的事件已发生的信号。如果您没有事件并且只想等待一定时间，确实可以使用其他方法，例如 usleep() 或 计时器 更合适，除非您还需要 pthread 取消点。

添加：由于您似乎对 usleep() 感到满意，并且只询问为什么 pthread_cond_timedwait() 没有达到您的期望，因此我决定不发布代码。如果您需要它，您可以使用@Hasturkun的答案。

---

ADDED-2：下面注释中的输出（在应用 Hasturkun 解决方案后获得）表明等待线程不会退出循环，这可能意味着 pthread_cond_timedwait() 返回与 ETIMEDOUT 不同的内容。您是否看到@nos 对您的帖子的评论（我固定了要减去的纳秒量）：

确保 (now.tv_usec * 1000) + lt_leak_start_nsec;不会溢出。您只能将 tv_nsec 设置为最大值 999999999，如果表达式大于该值，您应该从 tv_nsec 中减去 1000000000，然后将 tv_sec 加 1。如果您的 timeToWaitPtr 包含无效的 tv_nsec（大于 999999999），pthread_cond_timedwait 将失败（您应该检查它的返回值也是。） – 4 月 28 日 19:04

在这种情况下，pthread_cond_timedwait() 将重复返回 EINVAL 并且永远不会跳出循环。最好在进入等待循环之前调整超时，尽管也可以响应 EINVAL 来完成此操作。

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ADDED-3：现在，在您更改问题中的代码以通过超时而不添加到当前时间后，它还有另一个问题。如规范中所述，pthread_cond_timedwait() 的超时 是绝对时间，而不是相对时间；因此，当您传递 3 秒之类的超时值时，它会被解释为“自系统时间参考点起 3 秒”。那一刻几乎肯定已经过去了一段时间，因此 pthread_cond_timedwait() 立即返回。
我建议您彻底阅读规范（包括基本原理），以更好地理解该函数的使用方式。

Answer 2

Paul E. McKenney 写了一本名为 “并行编程很难，如果是这样，你能做什么？”，其中有关于内存障碍的非常好的信息（和一些漂亮的图片）。

回到你的问题，flag 不受任何保护。虽然您可能认为 pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock 提供了一些强大的排序和可见性保证，但它提供的唯一保证是针对临界区域内的访问和互斥体本身。

此外，在某些体系结构上，pthread_mutex_lock() 使用获取屏障，而 pthread_mutex_unlock() 使用释放屏障，这意味着互斥保护区域之前和之后的访问可能会溢出到互斥体保护区。在释放互斥体的 CPU 和获取相同互斥体的另一个 CPU 之间提供了强顺序保证，但几乎所有其他东西都不需要（并且可能不会得到）如此强的保证。

编辑：

显然我对 pthreads 的看法是错误的，它们似乎需要完整的内存屏障（如果您将与其他线程同步内存解释为需要这样做）。有关此内容的更多信息，以及有关实际实现中提供的保证的一些信息，请访问 Pthread 式锁的重新排序约束 汉斯·伯姆。

我还想知道 IA64 上的 NPTL 1, 2。

Answer 3

正如 Alexey Kukanov 所说，问题很可能是虚假唤醒。您的代码可能会被更正为循环，直到发生超时。请注意，我还将标志设置移至互斥体下方。

static void* threadWaitFunction1(void *timeToWaitPtr)
{
    struct timespec *ptr = (struct timespec*) timeToWaitPtr;
    int ret;

    pthread_mutex_lock(&timerMutex);
    cout << "Setting flag =0 inside threadWaitFunction1\n";
    flag=0;
    cout << "Inside threadWaitFunction\n";
    while (pthread_cond_timedwait(&timerCond, &timerMutex, ptr) != ETIMEDOUT)
        ;
    cout << "Setting flag =1 inside threadWaitFunction1\n";
    flag=1;
    pthread_mutex_unlock(&timerMutex);
}

为了安全起见，您应该检查同一互斥体下的标志来建立排序

Answer 4

这可能是因为编译器已经优化了一些东西，并将您的分配放在线程互斥体之前的标志上。如果您想保证执行顺序（通常无法保证，唯一的条件是程序的可见行为不会因优化而改变），您可以使用内存屏障来使确保您希望按照您编写的顺序执行的指令仅按照该顺序执行。

这里是一篇非常有趣的文章，虽然相当技术性而且很长，介绍了如何记忆障碍的作用以及它们的作用和不作用。它是为 Linux 编写的，但基本原理保持不变。

编辑：

锁是一个隐式内存屏障，通过我之前给出的链接，因此不需要内存屏障。

Answer 5

仅供大家参考：

使用 pthread_cond_timedwait(&timerCond, &timerMutex, ptr); 无法实现的功能； 我使用 usleep( ) 实现了， usleep采用 timespec 结构，我们可以在其中使用秒和纳秒指定等待时间，我的目的就解决了。

那么 pthread_cond_timedwait(&timerCond, &timerMutex, ptr ); 有意义吗？我很惊讶，因为这个 API 预计会让调用线程等待，以满足该条件，但处理器似乎跳转到下一条指令作为优化措施，并且不等待条件满足。

但我的问题仍然是一样的，至于为什么，pthread_cond_timedwait(&timerCond, &timerMutex, ptr); 不应该让调用线程等待？

看来我在这个 API 上浪费了一天的时间：pthread_cond_timedwait( )