c - 使用全局变量的线程问题

Question

我正在研究线程在 Linux 和操作系统中的使用。我正在做一些运动。目标是对一个全局变量的值求和，最后查看结果。当我看到最终的结果时，我的思绪大吃一惊。代码如下

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

int i = 5;

void *sum(int *info);

void *sum(int *info)
{
    //int *calc = info (what happened?)
    int calc = info;

    i = i + calc;

    return NULL;
}

int main()
{
    int rc = 0,status;
    int x = 5;

    pthread_t thread;

    pthread_t tid;
    pthread_attr_t attr;

    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);

    rc = pthread_create(&thread, &attr, &sum, (void*)x);
    if (rc) 
    {              
        printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc);
        exit(-1);
    }

    rc = pthread_join(thread, (void **) &status);
    if (rc) 
    {
        printf("ERROR; return code from pthread_join() is %d\n", rc);
        exit(-1);
    }

    printf("FINAL:\nValue of i = %d\n",i);
    pthread_attr_destroy(&attr);
    pthread_exit(NULL);

    return 0;
}

如果我将变量 calc 作为 int *cal 放在求和函数中，那么 i 的最终值为 25(不是预期值)。但是如果我把它作为 int calc 那么 i 的最终值为 10(我在这个练习中的期望值)。我不明白当我将变量 calc 设置为 int *calc 时，i 的值怎么会是 25。

Answer 1

阅读一些 tutorial about pthreads .在多个 threads 中访问和修改全局 数据时，您不能期望可重现的行为(没有与 synchronization 相关的额外编码预防措施)。 AFAIU 你的代码展示了一些棘手的问题 undefined behavior你应该是scared (也许这只是您的情况下未指定的行为)。要解释观察到的具体行为，您需要深入研究实现细节(您没有时间这样做:研究生成的汇编代码、特定硬件的行为等...)。

另外(因为 info 是指向 int 的指针)

int calc = info;

意义不大(我猜你打错了字)。在某些系统上(比如我运行 Linux 的 x86-64)，指针比 int 更宽。 (所以 calc 丢失了 info 的一半位)。在其他(罕见的)系统上，它的大小可能更小。有时(运行 Linux 的 i686)它可能具有相同的大小。你应该考虑 intptr_t来自 <stdint.h> 如果你想将指针转换为整数值并返回。

实际上，您应该使用 mutex 保护对全局数据的访问(在 i 内，可能通过指针访问) , 或在 C11 中使用 atomic操作，因为该数据被多个并发线程使用。

所以你可以像这样声明一个全局互斥锁

 pthread_mutext_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

(或使用 pthread_mutex_init )然后在您的 sum 中你会编码

pthread_mutex_lock(&mtx);
i = i + calc;
pthread_mutex_unlock(&mtx);

(另见 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_lock(3p))。当然，您应该在 main 中进行类似编码.

锁定一个互斥量有点昂贵(通常是加法的几十倍)，即使在解锁的情况下也是如此。如果您可以在 C11 中编写代码，您可能会考虑原子操作，因为您处理的是整数。您将声明 atomic_int i;你会使用 atomic_load和 atomic_fetch_add在上面。

如果您好奇，另请参阅 pthreads(7) & futex(7) .

多线程编程真的很难(for all)。您不能期望行为在一般情况下是可重现的，并且您的代码显然可以按预期运行但仍然是非常错误的(并且在某些不同的系统上会以不同的方式工作)。另请阅读 memory models , CPU cache , cache coherence , concurrent computing ...

考虑使用 GCC thread sanitizer instrumentation options和/或 valgrind的 helgrind