我正在阅读pthread.h;与条件变量相关的函数(如pthread_cond_wait(3))需要一个互斥量作为参数。为什么?据我所知,我要创建一个互斥量只是为了用作那个参数?互斥锁应该做什么?
当前回答
条件变量与互斥锁相关联,因为这是互斥锁避免竞争的唯一方法。
// incorrect usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
pthread_mutex_unlock(&mutex);
if (ready) {
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&cond1); // invalid syntax: this SHOULD have a mutex
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
Now, lets look at a particularly nasty interleaving of these operations
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
if (ready) {
pthread_cond_wait(&cond1); // uh o!
此时,没有线程会向条件变量发出信号,因此thread1将永远等待,即使protectedReadyToRunVariable说它已经准备好了!
解决这个问题的唯一方法是让条件变量原子地释放互斥,同时开始等待条件变量。这就是为什么cond_wait函数需要一个互斥量
// correct usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
if (ready) {
pthread_mutex_unlock(&mutex);
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&mutex, &cond1);
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_cond_signal(&mutex, &cond1);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
其他回答
这只是条件变量(或最初)实现的方式。
互斥锁用于保护条件变量本身。这就是为什么你在等待之前要把它锁上。
等待将“原子地”解锁互斥锁,允许其他人访问条件变量(用于发送信号)。然后,当条件变量被发送信号或广播到时,等待列表上的一个或多个线程将被唤醒,互斥锁将神奇地再次为该线程锁定。
您通常会看到以下使用条件变量的操作,说明它们是如何工作的。下面的例子是一个工作线程,它通过信号将工作分配给一个条件变量。
thread:
initialise.
lock mutex.
while thread not told to stop working:
wait on condvar using mutex.
if work is available to be done:
do the work.
unlock mutex.
clean up.
exit thread.
只要等待返回时有一些可用的工作,就在这个循环中完成。当线程被标记为停止工作时(通常是由另一个线程设置退出条件,然后启动条件变量来唤醒该线程),循环将退出,互斥锁将被解锁,该线程将退出。
上面的代码是一个单使用者模型,因为在工作完成时互斥锁保持锁定状态。对于多消费者的变化,您可以使用,作为一个例子:
thread:
initialise.
lock mutex.
while thread not told to stop working:
wait on condvar using mutex.
if work is available to be done:
copy work to thread local storage.
unlock mutex.
do the work.
lock mutex.
unlock mutex.
clean up.
exit thread.
它允许其他消费者在它做功的时候接收功。
条件变量减轻了轮询某些条件的负担,而不是允许另一个线程在需要发生某些事情时通知您。另一个线程可以告诉该线程工作可用,如下所示:
lock mutex.
flag work as available.
signal condition variable.
unlock mutex.
大多数通常被错误地称为虚假唤醒的情况通常都是因为在pthread_cond_wait调用(广播)中已经发出了多个线程的信号,其中一个线程会返回互斥锁,完成工作,然后重新等待。
然后,当没有工作要做的时候,第二条发出信号的线就可以出来了。所以你必须有一个额外的变量来指示应该做的工作(这是由condvar/互斥锁对固有的互斥锁保护的-其他线程需要在改变互斥锁之前锁定它)。
从技术上讲,线程从条件等待中返回而不被另一个进程踢出是可能的(这是一个真正的虚假唤醒),但是,在我多年的pthread工作中,无论是在代码的开发/服务还是作为它们的用户,我从来没有收到过这样的消息。也许这只是因为惠普有一个不错的实现:-)
在任何情况下,处理错误情况的相同代码也处理了真正的虚假唤醒,因为不会为它们设置工作可用标志。
当你调用pthread_cond_wait时,互斥锁应该是锁定的;当你调用它时,它会自动地解锁互斥锁,然后在条件上阻塞。一旦条件发出信号,它就会自动锁定它并返回。
这允许在需要的情况下实现可预测的调度,因为发送信号的线程可以等到互斥锁释放后再进行处理,然后发出条件信号。
如果你想要一个条件变量的真实例子我在课堂上做了一个练习
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "pthread.h"
#include "unistd.h"
int compteur = 0;
pthread_cond_t varCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex_compteur;
void attenteSeuil(arg)
{
pthread_mutex_lock(&mutex_compteur);
while(compteur < 10)
{
printf("Compteur : %d<10 so i am waiting...\n", compteur);
pthread_cond_wait(&varCond, &mutex_compteur);
}
printf("I waited nicely and now the compteur = %d\n", compteur);
pthread_mutex_unlock(&mutex_compteur);
pthread_exit(NULL);
}
void incrementCompteur(arg)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex_compteur);
if(compteur == 10)
{
printf("Compteur = 10\n");
pthread_cond_signal(&varCond);
pthread_mutex_unlock(&mutex_compteur);
pthread_exit(NULL);
}
else
{
printf("Compteur ++\n");
compteur++;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex_compteur);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
int i;
pthread_t threads[2];
pthread_mutex_init(&mutex_compteur, NULL);
pthread_create(&threads[0], NULL, incrementCompteur, NULL);
pthread_create(&threads[1], NULL, attenteSeuil, NULL);
pthread_exit(NULL);
}
POSIX条件变量是无状态的。所以维护国家是你的责任。由于等待的线程和通知其他线程停止等待的线程都将访问该状态,因此必须使用互斥锁来保护它。如果您认为可以在没有互斥的情况下使用条件变量,那么您没有理解条件变量是无状态的。
条件变量是围绕条件构建的。等待条件变量的线程是在等待某种条件。发出条件变量信号的线程会改变该条件。例如,一个线程可能正在等待一些数据到达。其他线程可能会注意到数据已经到达。“数据已到”是条件。
下面是条件变量的经典用法,简化后:
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
while (work_queue_empty()) // wait for work
pthread_cond_wait(&work_cv, &work_mutex);
work = get_work_from_queue(); // get work
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
do_work(work); // do that work
}
查看线程是如何等待工作的。工作由互斥锁保护。等待释放互斥量,以便另一个线程可以给这个线程一些工作。它是如何发出信号的:
void AssignWork(WorkItem work)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
add_work_to_queue(work); // put work item on queue
pthread_cond_signal(&work_cv); // wake worker thread
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
}
注意,您需要互斥来保护工作队列。注意,条件变量本身并不知道是否有功。也就是说,条件变量必须与条件相关联,该条件必须由代码维护,并且由于它在线程之间共享,因此必须使用互斥锁进行保护。
条件变量与互斥锁相关联,因为这是互斥锁避免竞争的唯一方法。
// incorrect usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
pthread_mutex_unlock(&mutex);
if (ready) {
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&cond1); // invalid syntax: this SHOULD have a mutex
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
Now, lets look at a particularly nasty interleaving of these operations
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
if (ready) {
pthread_cond_wait(&cond1); // uh o!
此时,没有线程会向条件变量发出信号,因此thread1将永远等待,即使protectedReadyToRunVariable说它已经准备好了!
解决这个问题的唯一方法是让条件变量原子地释放互斥,同时开始等待条件变量。这就是为什么cond_wait函数需要一个互斥量
// correct usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
if (ready) {
pthread_mutex_unlock(&mutex);
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&mutex, &cond1);
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_cond_signal(&mutex, &cond1);
pthread_mutex_unlock(&mutex);