Question

我写了这段代码

#include <stdio.h>      /* Input/Output */
#include <stdlib.h>     /* General Utilities */
#include <pthread.h>    /* POSIX Threads */
unsigned int cnt=0;  /*Count  variable%*/
const int NITERS=1000;
void count()
{
    int i=0;
    for(i=0; i<NITERS; i++)
    {
        cnt++;
    }
    pthread_exit(0);
}
int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
     /* create threads 1 and 2 */  
    pthread_create(&tid1,NULL,count,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,count,NULL);
    /* Main block now waits for both threads to terminate, before it exits
       If main block exits, both threads exit, even if the threads have not
       finished their work */ 
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    if(cnt!=(unsigned)NITERS*2)
    {
        printf("BOOM! cnt=%d, it should be %d\n",cnt,NITERS*2);
    }
    else
    {
        printf("OK! cnt=%d\n",cnt);
    }
    exit(0);
}

它展示了这个结果。 Result to the code

有一段时间它会变成2000，但大部分时间它的结果都不到2000.你能解释它为什么会发生这种情况或者背后的原因是什么？如何解决它。你的答案和理由肯定会有很大的帮助。

Answer 1

unsigned int cnt=0;在线程中是可共享的，并且操作++不会原子地增加cnt。两个线程可以读取cnt的相同值并增加，并覆盖cnt。您需要应用一些并发控制机制，如信号量或互斥量。

如果您要使用以下命令反编译代码（假设代码名称为thread1.c）

~$ gcc thread.c -lpthread -S

输出汇编代码名称为thread1.s。

你的wil find cnt++在你的代码中是低级别的一条指令：

    movl    $0, -12(%ebp)
    jmp .L2
.L3:
    movl    cnt, %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, cnt
    addl    $1, -12(%ebp)
.L2:
    movl    NITERS, %eax

（1）cnt拳头移至%eax
（2）然后在%exc添加一个（3）将%eax移到cnt后面

由于此行之间的线程上下文切换，多个线程读取cnt的相同值。因此cnt++不是原子的。

注意：全局变量是可线程共享的，如cnt，而您在i中声明的count()等局部变量是特定于线程的。

我修改了你的代码并使用信号量强制进行并发控制，现在它可以正常工作。

仅显示修改后的代码

#include <pthread.h>    /* POSIX Threads */
#include <semaphore.h>
unsigned int cnt=0;  /*Count  variable%*/
const int NITERS=1000;

sem_t mysem;

void count()
{
    int i=0;
    for(i=0; i<NITERS; i++)
    {
        sem_wait(&mysem);
        cnt++;
        sem_post(&mysem);
    }
    pthread_exit(0);
}
int main()
{
    if ( sem_init(&mysem,0,1) ) {
     perror("init");
    }
    // rest of your code 
}

这样做会很好！一些例子：

nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000
nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000
nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000

Answer 2

增量运算符通常由read-modify-write实现，这是非原子的。

跨线程的非原子读 - 修改 - 写有时可以这样做：

Thread 1:    Thread 2:     count
Read count   ...           1
Add 1        Read count    1
Write count  Add 1         2 
...          Write count   2

导致计数低于预期。

如果要跨多个线程访问共享资源，则需要使用某种线程感知锁定机制（如互斥锁）来保护它。

Answer 3

您的2个线程在没有保护的情况下访问共享资源，因此适用竞争条件。增加操作不是原子操作，所以你可以在机器操作方面实际上有这样的东西：

Thread 1                   Thread 2
Load value of cnt        
                           Load value of cnt
Increase value of cnt      
Write value of cnt         Increase value of cnt
                           Write value of cnt

请注意，虽然两个线程都增加了cnt，但它实际上只增加了1。如果您希望结果具有确定性，则需要保护共享资源（cnt），例如：通过在访问之前锁定它。

Answer 4

你有竞争条件问题。更多信息（我知道它谈论视觉基础，只是跳过这些事情）here。
要解决它，您需要一个互斥锁，将其声明为全局变量：

pthread_mutex_t mux;

初始化：

pthread_mutex_init(&mux,NULL);

然后用它来读取共享变量：

void count()
{
    int i=0;
    for(i=0; i<NITERS; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mux);
        cnt++;
        pthread_mutex_unlock(&mux);
    }
    pthread_exit(0);
}

所有这一切都是因为有两个线程递增相同的变量，它们在递增变量之前获取变量并将它们放入寄存器中。因此，它们认为它们正在读取的不是唯一的：每个线程都有它自己的副本所以每个线程可能会忽略另一个的更改，直到它们有效地将其写入内存中的地址 NB ：如果你想要线程以有序的方式更新变量（即：线程1计数到NITERS而不被中断，当线程2开始计数时），你必须在for之前锁定互斥锁

线程无法计数，给出错误的结果

4 个答案: