pthread_mutex_unlock不是原子的

Question

我有以下源代码(改编自我的原始代码)：

#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 

#include "pthread.h"

#define MAX_ENTRY_COUNT 4  

int  entries = 0;  
bool start = false;

bool send_active = false;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  
pthread_cond_t condNotEmpty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;  
pthread_cond_t condNotFull = PTHREAD_COND_INITIALIZER;  

void send()
{ 
    for (;;) {
        if (!start)
            continue;
        start = false;

        for(int i = 0; i < 11; ++i) { 
            send_active = true;

            pthread_mutex_lock(&mutex); 
            while(entries == MAX_ENTRY_COUNT) 
                pthread_cond_wait(&condNotFull, &mutex);      
            entries++; 
            pthread_cond_broadcast(&condNotEmpty); 
            pthread_mutex_unlock(&mutex);

            send_active = false;
        }
    }
} 

void receive(){ 
    for(int i = 0; i < 11; ++i){ 
        pthread_mutex_lock(&mutex);  
        while(entries == 0) 
            pthread_cond_wait(&condNotEmpty, &mutex); 
        entries--;  
        pthread_cond_broadcast(&condNotFull);  
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    } 

    if (send_active)
        printf("x");
} 

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    pthread_t s; 

    pthread_create(&s, NULL, (void *(*)(void*))send, NULL);  

    for (;;) {
        pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
        pthread_cond_init(&condNotEmpty, NULL);
        pthread_cond_init(&condNotFull, NULL);

        start = true;

        receive();

        pthread_mutex_destroy(&mutex);
        mutex = NULL;
        pthread_cond_destroy(&condNotEmpty);
        pthread_cond_destroy(&condNotFull);
        condNotEmpty = NULL;
        condNotFull = NULL;

        printf(".");
    }

    return 0;
}

问题如下:在接收方法继续之前，发送函数中的最后一次解锁并未完成。在我的原始代码中，互斥锁位于一个对象中，这些对象在完成工作后被删除。如果send方法还没有完成最后一次解锁，那么互斥锁是无效的，并且我的程序会导致解锁失败。

通过运行程序可以很容易地重现这种行为:每次显示"x“时，接收方法已接近完成，而发送方法在解锁调用中”挂起“。

我已经用VS2008和VS2010编译过了--两个结果是一样的。

pthread_mutex_unlock不是原子的，这就解决了问题。我该如何解决这个问题？欢迎任何评论……

诚挚的问候

迈克尔

Answer 1

您的printf("x")是一个典型的竞态条件示例。

在pthread_mutex_unlock()之后，OS可以自由地在任何时间内不调度这个线程:滴答、秒或天。你不能假设send_active最终会被“证伪”。

Answer 2

根据定义，pthread_mutex_unlock()必须在互斥锁返回之前释放它。一旦互斥锁被释放，另一个争用互斥锁的线程就会被调度。请注意，即使pthread_mutex_unlock()可以安排在互斥锁返回之前不释放它(我认为您说的是原子的)，仍然会有一个与您现在看到的东西等价的竞争条件(我不清楚您看到的是什么竞争，因为有评论表明您对访问send_active来控制printf()调用的竞争条件并不真正感兴趣)。

在这种情况下，另一个线程可以被调度到pthread_mutex_unlock()的“行间”，以及调用它的函数中的以下语句/表达式-你会有相同的竞争条件。

Answer 3

这里有一些关于可能发生的事情的猜测。对这一分析有几个警告：

• 这是基于这样的假设，即您使用的是http://sourceware.org/pthreads-win32/
• this的Win32 pthreads包，只是基于对该站点上的pthreads源文件以及此处问题和评论中的信息进行了相当简短的检查-我还没有机会实际尝试运行/调试任何代码。

当调用pthread_mutex_unlock()时，它会递减锁计数，如果锁计数降为零，则会在关联的事件对象上调用Win32 SetEvent()应用编程接口，以便解除对等待互斥锁的任何线程的阻塞。非常标准的东西。

这就是投机的原因。假设已经调用了SetEvent()来解除阻塞等待互斥锁的线程，并且它向与它被提供的句柄相关联的事件发出信号(这是它应该做的)。但是，在SetEvent()函数执行其他操作之前，另一个线程开始运行并关闭调用该特定SetEvent()的事件对象句柄(通过调用pthread_mutex_destroy())。

现在，正在进行的SetEvent()调用有一个不再有效的句柄值。我想不出在通知事件之后SetEvent()会对该句柄做什么特殊原因，但它可能会这样做(我还可以想象有人会提出一个合理的论点，即SetEvent()应该能够期望事件对象句柄在调用期间保持有效)。

如果这就是发生在你身上的事情(这是一个很大的假设)，我不确定是否有简单的解决办法。我认为pthread库必须进行更改，以便在调用SetEvent()之前复制事件句柄，然后在SetEvent()调用返回时关闭该副本。这样，即使“main”句柄被另一个线程关闭，句柄也将保持有效。我猜它必须在很多地方做到这一点。这可以通过将受影响的Win32应用程序接口调用替换为对执行“复制处理/调用应用编程接口/关闭复制”序列的包装函数的调用来实现。

对于您来说，尝试对pthread_mutex_unlock()中的SetEvent()调用进行此更改并不是不合理的，并查看它是否解决(或至少改进)您的特定问题。如果是这样的话，你可能想要联系这个库的维护者，看看是否可以以某种方式安排一个更全面的修复(做好准备--你可能会被要求做大部分工作)。

出于好奇，在调试pthread_mutex_unlock()/SetEvent()中挂起的线程的状态时，您有关于到底发生了什么的信息吗？SetEvent()在等什么？(与Visual Studio调试器相比，Windows调试工具包中的cdb调试器可能能够提供更多有关这方面的信息)。

此外，请注意pthread_mutex_destroy()源代码中的以下注释，它似乎与您的特定问题相关(但不同)：

/*
 * FIXME!!!
 * The mutex isn't held by another thread but we could still
 * be too late invalidating the mutex below since another thread
 * may already have entered mutex_lock and the check for a valid
 * *mutex != NULL.
 *
 * Note that this would be an unusual situation because it is not
 * common that mutexes are destroyed while they are still in
 * use by other threads.
*/