什么会导致程序中的非确定性输出？

Question

我在多进程程序中有一个错误。程序接收输入并立即产生输出，不涉及网络，并且没有任何时间参考。 导致此错误难以追踪的原因是它只发生有时。

如果我经常运行它，它会产生正确和错误的输出，没有可辨别的顺序或模式。

什么可能导致这种非确定性行为？那里有工具可以提供帮助吗？有可能存在未初始化的变量。我怎么找到那些？

编辑：问题已解决，感谢任何建议的人 种族条件。 我没想到它主要是因为我确信我的设计可以防止这种情况。问题是我使用'等待'而不是'waitpid'，因此有时候，当某个过程足够幸运地在我期待之前完成时，事情的正确顺序就会疯狂。

Answer 1

你说这是一个“多进程”程序 - 你能更具体一点吗？在你如何处理多个过程中，这可能是一个竞争条件。

如果您可以告诉我们有关流程如何互动的更多信息，我们可能会想出一些可能性。请注意，尽管Artem建议使用调试器本身很好，但您需要注意，引入调试器可能会很好地改变完全的情况 - 特别是在竞争条件方面。就个人而言，我很喜欢记录很多，但即使这样也可以巧妙地改变时间。

Answer 2

调度程序！

基本上，当你有多个进程时，它们可以以他们想要的任何奇怪的顺序运行。如果这些进程共享一个他们都在读取和写入的资源（无论是文件或内存还是某种类型的IO设备），操作将会在各种奇怪的命令中交错。举个简单的例子，假设你有两个线程（它们是线程，因此它们共享内存），并且它们都试图增加一个全局变量x。

y = x + 1;
x = y

现在运行这些进程，但以这种方式交错代码

假设x = 1

P1：

y = x + 1

现在在P1中，对于本地和堆栈的变量y，y = 2。然后调度程序进入并启动P2

P2：

y = x + 1
x = y

x仍然是1，因此已添加1，现在x = 2

然后P1结束

P1：

x = y

和x仍然是2！我们增加了两次x，但只获得了一次。而且因为我们不知道 将如何发生，所以它被称为非确定性行为。

好消息是，你偶然发现了系统编程中最棘手的问题之一，以及许多功能语言人员的主要战斗口号。

Answer 3

您最有可能看到race condition，即不可预测，因此难以重现和调试不正确同步的线程或进程之间的交互。

这种情况下的非确定性源于进程/线程和内存访问调度。这是不可预测的，因为它受到大量外部因素的影响，包括网络流量和用户输入，这些因素不断导致中断，并在每次运行时导致程序线程中不同的实际执行顺序。

Answer 4

它可能是很多东西，内存泄漏，关键部分访问，未封闭的资源，未关闭的连接等。只有一个工具可以帮助你 - 调试，或尝试检查你的算法，找到错误，或者如果你成功指出了有问题的部分，你可以在这里粘贴一个片段，我们会尽力帮助你。

Answer 5

从基础知识开始...确保所有变量都具有默认值，并且在使用之前将所有动态内存清零（即使用calloc而不是malloc）。应该有一个编译器选项来标记这个（除非你使用一些模糊的编译器）。

如果这是c ++（我知道假设是'c'论坛），有时候对象创建和初始化滞后于变量赋值可能会让你感到困惑。例如，如果您的作用域由多个线程同时使用（如在单例或全局var中），则可能会导致问题：

if（！foo）    Foo tmp = new Foo（）;

如果你有多个线程访问上面的内容，第一个线程会找到foo = null并启动对象创建和赋值然后产生。另一个线程进来并找到foo！= null，因此跳过该部分并开始使用foo。

Answer 6

我们需要查看有关您的代码的详细信息，以便能够提供更准确的答案，但简而言之，当您拥有一个协调多个进程或多个线程的程序时，线程执行时的变量可以为您的应用程序添加不确定性。本质上，操作系统执行的调度可能导致进程和线程无序执行。根据您的环境和代码，操作系统执行的计划可能会导致截然不同的结果。您可以在谷歌上搜索有关多线程无序执行的更多信息，以获取更多信息;这是一个很大的话题。

Answer 7

通过“多进程”你的意思是多线程？如果我们有两个执行此例程的线程

i = 1;
while(true)
{
    printf(i++);
    if(i > 4) i = 1;
}

通常我们希望输出类似于

112233441122334411223344

但实际上我们会看到像

这样的东西

11232344112233441231423

这是因为每个线程都会以不同的速率使用CPU。 （调度时间表背后有很多复杂的东西，而且我太弱了，无法告诉你背后的技术内容。）可以说，从普通人的角度来看调度是非常随机的。

这是其他评论中提到的竞争条件的一个例子。