c - 没有互斥量的 pthread_cond_wait 的潜在缺陷

Question

在以下链接中: Why do pthreads’ condition variable functions require a mutex?

@nos 描述了在没有互斥量的情况下实现 pthread_cond_wait() 的潜在漏洞:

while(1) {
    pthread_cond_wait(&cond); //imagine cond_wait did not have a mutex
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    char *data = some_data;
    some_data = NULL;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    handle(data);
}

“不会起作用，在唤醒和获取互斥量之间仍有可能出现竞争条件。”

我不明白唤醒和获取互斥锁之间的竞争条件是如何产生的？

Answer 1

事实上，该示例并未显示问题，但作为一般原则，当有两条指令时，存在竞争条件。

这里有一个例子，希望能说明这个问题。

假设您自己管理互斥量并且您有两个线程，thread#1 和thread#2:

• thread#1 需要修改一些共享状态
• 它获取互斥体并改变状态
• 它释放互斥量并在继续之前等待某些事情发生

这是一些代码:

    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // change state
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_cond_wait(&cond);

还有更多:

• thread#2 等待互斥锁，更改共享状态并使用条件变量向 thread#1 发出信号以提供 thread#1在继续之前做某事的机会

代码如下:

    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // change state
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_cond_signal(&cond);

这是一个令人讨厌的场景:

• thread#1 获取锁并更改共享状态
• thread#1 释放锁，pthread_mutex_unlock(&mutex)，并且被抢占
• thread#2 获取锁，pthread_mutex_lock(&mutex)，更改状态，解锁，发出信号并被抢占
• thread#1 被再次调度并等待条件，pthread_cond_wait(&cond)

您有一个可以升级的问题:

• 信号已丢失:根据您的应用，它本身可能或多或少很重要
• 但即使信号本身并不重要，thread#1 现在也卡住等待已经发生的信号
• 即使 thread#1 没有做一些重要的事情，如果稍后 thread#2 等待 < em>线程#1

因此，为避免此问题，thread#1 必须在释放锁时立即等待，然后其他线程才有机会发出信号。

恕我直言，解锁/等待转换比需要原子化的唤醒/锁定转换更重要。

我很好奇唤醒/锁定转换绝对需要是原子的......

希望这对您有所帮助。