并发:使用 pthread_mutex 原子化增量操作

Question

我目前正在阅读操作系统:三篇简单的文章，我开始了解并发背后的逻辑。在第 26 个“章节”中，我们得到了这个线程示例和围绕原子性的问题:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <assert.h>

static volatile int counter = 0;

// mythread()
// Simply adds 1 to counter repeatedly, in a loop
// No, this is not how you would add 10,000,000 to
// a counter, but it shows the problem nicely.

void *mythread(void *arg){
    printf("%s: begin\n", (char *) arg);
    int i;
    for (i = 0; i < 1e7; i++) {
        counter = counter + 1;
    }
    printf("%s: done\n", (char *) arg);
    return NULL;
}


// main()
// Just launches two threads (pthread_create)
// and then waits for them (pthread_join)

int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t p1, p2;
    printf("main: begin (counter = %d)\n", counter);
    pthread_create(&p1, NULL, mythread, "A");
    pthread_create(&p2, NULL, mythread, "B");

    // join waits for the threads to finish
    pthread_join(p1, NULL);
    pthread_join(p2, NULL);
    printf("main: done with both (counter = %d)\n", counter);
    return 0;

}

它向我们展示了问题是，由于增量中的竞争条件，总和的值会发生变化，而且很少是预期的。

例如，编译后:

gcc -g -o main page6.c -Wall -pthread

运行两次我得到:

main: begin (counter = 0)
A: begin
B: begin
A: done
B: done
main: done with both (counter = 10263001)

和:

main: begin (counter = 0)
A: begin
B: begin
A: done
B: done
main: done with both (counter = 10600399)

所以在阅读了有关互斥锁的内容后，我尝试对 mythread() 函数中的代码进行这个小改动。

void *mythread(void *arg){
    pthread_mutex_t lock;
    int rc = pthread_mutex_init(&lock,NULL);
    assert(rc==0); //always check sucess

    printf("%s: begin\n", (char *) arg);
    int i;

    for (i = 0; i < 1e7; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        counter = counter + 1;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }

    printf("%s: done\n", (char *) arg);
    return NULL;
}

并且在编译(以相同的方式)和运行之后，确实需要更多的时间(1-2 秒)。

但结果也好不到哪里去:

main: begin (counter = 0)
A: begin
B: begin
B: done
A: done
main: done with both (counter = 10019830)

和:

main: begin (counter = 0)
A: begin
B: begin
B: done
A: done
main: done with both (counter = 10008806)

那么为什么这行不通呢？这不应该在代码中创建一个关键部分吗？我是否遗漏了一些明显的东西？

Answer 1

您不应该将互斥锁作为 mythread 中的局部变量，因为每个线程都会获得自己的副本。将其设为全局并在 main 中对其进行初始化。