c++ - 具有强大互斥锁的错误

Question

我正在尝试在 Linux 上使用健壮的互斥锁来保护进程之间的资源，但在某些情况下它们似乎并不以“健壮”的方式运行。我所说的“稳健”方式是指如果拥有锁的进程已终止，pthread_mutex_lock 应该返回 EOWNERDEAD。

这是它不起作用的场景:

2 个进程 p1 和 p2。 p1 创建健壮的互斥量并等待它(在用户输入之后)。 p2 有 2 个线程:线程 1 映射到互斥量并获取它。线程 2(在线程 1 获得互斥量之后)也映射到相同的互斥量并等待它(因为线程 1 现在拥有它)。另请注意，在 p2-thread1 已经获得互斥锁后，p1 开始等待它。

现在，如果我们终止 p2，p1 永远不会解除阻塞(意味着它的 pthread_mutex_lock 永远不会返回)，这与 p1 应该解除阻塞并出现 EOWNERDEAD 错误的所谓“稳健性”相反。

代码如下:

p1.cpp:

    #include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

struct MyMtx {
    pthread_mutex_t m;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    int r;

    pthread_mutexattr_t ma;
    pthread_mutexattr_init(&ma);
    pthread_mutexattr_setpshared(&ma, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    pthread_mutexattr_setrobust_np(&ma, PTHREAD_MUTEX_ROBUST_NP);

    int fd = shm_open("/test_mtx_p", O_RDWR|O_CREAT, 0666);
    ftruncate(fd, sizeof(MyMtx));

    MyMtx *m = (MyMtx *)mmap(NULL, sizeof(MyMtx),
        PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd, 0);
    //close (fd);

    pthread_mutex_init(&m->m, &ma);

    puts("Press Enter to lock mutex");
    fgetc(stdin);

    puts("locking...");
    r = pthread_mutex_lock(&m->m);
    printf("pthread_mutex_lock returned %d\n", r);

    puts("Press Enter to unlock");
    fgetc(stdin);
    r = pthread_mutex_unlock(&m->m);
    printf("pthread_mutex_unlock returned %d\n", r);

    puts("Before pthread_mutex_destroy");
    r = pthread_mutex_destroy(&m->m);
    printf("After pthread_mutex_destroy, r=%d\n", r);

    munmap(m, sizeof(MyMtx));
    shm_unlink("/test_mtx_p");

    return 0;
}

p2.cpp:

    #include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

struct MyMtx {
    pthread_mutex_t m;
};

static void *threadFunc(void *arg)
{
    int fd = shm_open("/test_mtx_p", O_RDWR|O_CREAT, 0666);
    ftruncate(fd, sizeof(MyMtx));

    MyMtx *m = (MyMtx *)mmap(NULL, sizeof(MyMtx),
        PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd, 0);
    sleep(2); //to let the first thread lock the mutex
    puts("Locking from another thread");
    int r = 0;
    r = pthread_mutex_lock(&m->m);
    printf("locked from another thread r=%d\n", r);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int r;
    int fd = shm_open("/test_mtx_p", O_RDWR|O_CREAT, 0666);
    ftruncate(fd, sizeof(MyMtx));

    MyMtx *m = (MyMtx *)mmap(NULL, sizeof(MyMtx),
        PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd, 0);
    //close (fd);

    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, threadFunc, NULL);

    puts("locking");
    r = pthread_mutex_lock(&m->m);
    printf("pthread_mutex_lock returned %d\n", r);

    puts("Press Enter to terminate");
    fgetc(stdin);

    kill(getpid(), 9);
    return 0;
}

首先，运行 p1，然后运行 ​​p2 并等待它打印“Locking from another thread”。在 p1 的 shell 上按 Enter 锁定互斥体，然后在 p2 的 shell 上按 Enter 终止 p2，或者您可以用其他方式杀死它。您会看到 p1 打印“locking...”并且 pthread_mutex_lock 永远不会返回。

这个问题其实不是一直都会发生，貌似要看时间。如果在 p1 开始锁定之后和终止 p2 之前让一段时间过去，有时它会起作用并且 p2 的 pthread_mutex_lock 返回 130 (EOWNERDEAD)。但是，如果您在 p1 开始等待互斥锁后立即或短时间内终止 p2，p1 将永远不会解除阻塞。

有没有人遇到过同样的问题？

Answer 1

刚刚验证了 glibc 版本的行为:2.11.1 在 Linux 内核 2.6.32 和更新版本上。

我的第一个发现:如果你在 p2 中的“从另一个线程锁定”之前(在 2 秒内)在 p1 中按下 Enter，那么强大的互斥锁工作正常。正如人们所期望的那样。结论:WAITING线程的顺序很重要。

第一个等待线程被唤醒。不幸的是，当时 p2 中的线程被杀死了。

参见 https://lkml.org/lkml/2013/9/27/338问题的描述。

我不知道是否有内核修复/补丁。甚至根本不知道它是否被视为错误。

然而，似乎有一个解决整个困惑的方法。将强大的互斥体与 PTHREAD_PRIO_INHERIT 结合使用:

pthread_mutexattr_setprotocol(&ma, PTHREAD_PRIO_INHERIT);

内核内部 (futex.c) 而不是 handle_futex_death() exit_pi_state_list() 中的一些其他机制确实处理其他互斥等待者的唤醒。它似乎解决了问题。