pthread_cond_wait是否锁定互斥和虚假唤醒

Question

TL; DR

我有一个家庭作业，需要实现线程同步。在实现过程中，我担心pthread_cond_wait()是否还会在伪启动时（而不只是在成功唤醒时）锁定互斥体。

任务

任务是一个工作人员/交货问题，其中存在为工作人员提供订单的工作人员线程和管理线程。为此，有一个订单清单，工人可以从中获取订单，管理线程可以下达订单。订单列表是共享对象，需要同步。

到目前为止我的解决方法

我认为，对于这个问题，我需要一个列表监控器，以保护列表不被清空或在其满时不被存放。

void deposit_order(order_list* ol, order* o){
    pthread_mutex_lock(&(ol->mut_order_access));
    while(get_count(ol) >= MAX_ORDERS) {
        pthread_cond_wait(&(ol->cond_not_full), &(ol->mut_order_access));
    }

    ol->orders[ol->head] = o;
    ol->head = (ol->head+1)%MAX_ORDERS;
    ol->count++;

    pthread_cond_signal(&(ol->cond_not_empty));
    pthread_mutex_unlock(&(ol->mut_order_access));
}

order* get_order(order_list* ol) {
    pthread_mutex_lock(&(ol->mut_order_access));
    while(get_count(ol) <= 0) {
        pthread_cond_wait(&(ol->cond_not_empty), &(ol->mut_order_access));
    }
    order* o;

    o = ol->orders[ol->tail];
    ol->tail = (ol->tail+1)%MAX_ORDERS;
    ol->count--;

    pthread_cond_signal(&(ol->cond_not_full));
    pthread_mutex_unlock(&(ol->mut_order_access));
    return o;
}

我认为结构包含的内容并不重要，因为主题是如何同步访问。显然，结构order_list拥有一个mutex和两个条件变量以向另一个线程发出信号。因此，如果工作人员从列表中删除任务，它将向管理线程发出“不为空”的信号，以便它可以存入其他订单。如果管理者向工作线程发出订单指示“不是空的”，那么一个线程可以从列表中删除订单。

我的担忧

到目前为止，还不错，但现在我认为，有一个事件可能导致上述解决方案很关键，这是“虚假唤醒”。从this thread中，我了解到，如果相应的互斥体mut_order_access被另一个线程锁定，则该线程无法虚假地唤醒。但是，例如，如果列表中仅存在一个顺序，使得get_count(ol) >= MAX_ORDERS不满足，并且线程从等待中虚假地唤醒，检查条件并将其标记为不正确，并跳出循环，该怎么办？然后，另一个线程接收到该信号，并在前一个线程已进入关键区域后正常唤醒，从而锁定互斥锁。因此，现在两个线程都将处于关键区域，这将是一个失败。

问题

因此，仅当线程在虚假唤醒时未锁定互斥锁时，才会发生上述情况，那么是否在虚假唤醒时锁定互斥锁？

Answer 1

一个可能返回互斥锁已锁定或未锁定的函数，使您无法分辨出两者之间的区别是完全无法使用的。您怎么可能知道是否要解锁互斥锁？

pthread_cond_wait函数提供了原子的“解锁并等待”操作。它总是在返回之前重新获取互斥量。当然，假设您没有违反任何先决条件。

您可以将其视为三个步骤：

1. 原子解锁并等待。
2. 另一个线程发出信号/广播状态或出现虚假唤醒。
3. 重新获取互斥锁

只有完成所有三个步骤后，pthread_cond_wait才会返回。当等待结束而没有其他线程发送信号时，将发生虚假唤醒。

Answer 2

您对虚假唤醒条件的理解似乎不正确。伪唤醒与互斥锁是否被另一个线程锁定无关。除非您遇到编程错误（破坏这些函数的约定，一般的内存损坏或其他未定义的行为等），否则pthread_cond_wait永远不会在没有被调用线程持有（锁定）互斥锁的情况下返回。万一发生虚假唤醒，在重新获取互斥锁之前，它仍然无法返回。即使在使用pthread_cancel取消了服务员的情况下，取消清理处理程序也无法开始运行，直到重新获取互斥体为止。