多线程编程练习

Question

我目前正在开发一个多线程程序来表示一个有n个学生的助教。当学生到达时，他们必须坐在走廊的椅子上(助教办公室有3把椅子+1把椅子)。如果没有更多的椅子，他们就得回家等着。

下面是我的代码：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdbool.h>
#include <semaphore.h>

pthread_mutex_t mutex; /* mutex lock */
sem_t studentSem;
sem_t taSem;

int chairs = 1;

void *student(void *param);
void *ta(void *param);

int main(int argc, char* argv[]){
  if(argc!=2){
    fprintf(stderr, "Un nombre d'etudiant est requis en paramètre\n");
    return -1;
  }

  if(atoi(argv[1])<0){
      fprintf(stderr, "Un nombre d'etudiant >= 0 est requis\n");
      return -1;
  }else{
    int numStudents = atoi(argv[1]);
    int numThreads = numStudents + 1; /* n etudiant + 1 TA */

    pthread_t tid[numThreads]; /* thread ID */
    pthread_attr_t attr; /* thread attributes */

    sem_init(&studentSem, 0, 1);
    sem_init(&taSem, 0, 0); /* 0 car TA attend etudiant */

    pthread_attr_init(&attr);

    int i = 0;
    pthread_create(&tid[i], &attr, ta, NULL); /*creer le TA*/

    for (i = 1; i < numThreads; i++){
      pthread_create(&tid[i], &attr, student, (void*)i); /*creer etudiant*/
    }

    for (i = 0; i < numThreads; i++){
      pthread_join(tid[i], NULL);
    }
  }
  return 0;

} /*fin du main*/

void *ta (void *param){ /*le thread pour TA*/
  while(ta){
    sem_post(&studentSem);
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    chairs--;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    printf("helping students\n");
    sleep(rand()%(1+3));
    sem_wait(&taSem);
  }
}

void *student(void *param){
  int *t;
  t = (int *)param;

  while(student){
    if(chairs < 4){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }
  }
}

我的问题是我不能让它正常工作。当我在UNIX上使用"sleepingTA 5“运行程序时，它给出了以下结果：

1 is sitting down
1 is sitting down
1 is sitting down
1 is sitting down
2 is sitting down
3 is going home
4 is going home
5 is going home
5 is going home 
1 is going home
1 is sitting down
...

循环总是无限地工作。我不知道如何改变它，所以，在得到帮助后，学生离开了…(不像#1谁回来了)。

此外，我需要学生只坐一次，而不是连续坐很多次(比如1次)，我需要学生回家一次，而不是连续多次(比如5次)……

Answer 1

代码完全缺失，无法实现任何错误检查。如果它测试相关库调用的结果，您会注意到(至少)所有的pthread_mutex*()调用都会失败，因为传入的互斥变量从未初始化过。

修复此问题的最简单方法是使用如下所示的初始化器：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

或者，代码可以在启动时初始化互斥：

#include <errno.h> /* for errno */

...

int main(int argc, char* argv[])
{
  if (0 != (errno = pthread_mutex_init(&mutex, NULL)))
  {
    perror("pthread_mutex_init() failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  ....

Answer 2

不是全部的答案，但是……

在进入临界区之前，您要检查椅子的数量。

这意味着当您输入lock时，chairs中的数据可能不再有效。

  while(student){
    if(chairs < 4){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }

我认为您需要在if语句之前输入锁。此外，您需要在完成时退出线程(或将student设置为0)。

  while(student){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
    if(chairs < 4){
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
      pthread_exit(0);              /* finish when you're done */

    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }

另一件事是第一个i == 0...您可能希望使用i+1来避免将0值作为学生标识符：

 pthread_create(&tid[i], &attr, student, (void*)(i+1));

附注：

您可能希望为助教使用不同的mutex，因此坐在椅子上的可能是pthread_mutex_lock(&TA_lock);，因此学生在助教可用时就去找助教……

...but，这种方法的问题是排队是不确定的(等待的学生不是按特定顺序选择的)……您可能希望对椅子使用数组/bin-tree，并让助教使用另一个循环来处理队列和学生，从而使用互斥保护bin-tree/array。

Answer 3

当(Student){ in void *student(void *param)时，这行在做什么？