c++ - 即使使用 sleep ，线程也不会放弃 CPU 时间

Question

我在有多个线程的地方运行这个程序。三个线程正在为同一个父进程生成信号。有四个处理程序线程用于处理信号生成线程生成的信号。我有一个监视线程，它也接收相应的信号和进程。但是，我有一个情况。我可以看到信号没有平均分配。我的意思是信号被定向到同一个过程。我有四个处理程序线程和一个监视线程在等待信号。所以他们中的任何人都可以接收到信号。我期待它被统一分发。但是，我可以看到处理程序线程有时会收到一整串信号。下一次整个信号突发由监视器线程处理。为什么不统一。在处理程序/监视器线程完成处理一个信号后，我添加了一个 sleep 调用。因此，一旦处理程序/监视器完成一个信号，它就应该给另一个机会来处理下一个信号。但是，输出不显示大小写

#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
#include <cstdio>
#include <stdlib.h>

#define NUM_SENDER_PROCESSES 3
#define NUM_HANDLER_PROCESSES 4
#define NUM_SIGNAL_REPORT 10
#define MAX_SIGNAL_COUNT 100000


using namespace std;

volatile int usrsig1_handler_count = 0;
int usrsig2_handler_count = 0;
int usrsig1_sender_count = 0;
int usrsig2_sender_count = 0;
int monitor_count = 0;
int usrsig1_monitor_count = 0;
int usrsig2_monitor_count = 0;
double time_1[10];
double time_2[10];
int lock_1 = 0;
int lock_2 = 0;
int lock_3 = 0;
int lock_4 = 0;
int lock_5 = 0;


double timestamp() {
  struct timeval tp;
  gettimeofday(&tp, NULL);
  return (double)tp.tv_sec + tp.tv_usec / 1000000.;
}

void sleepMs(double seconds) {
  usleep((unsigned int)(seconds*1000000));
}

void *senderfunc(void *parm) {
  srand(time(0));
  while(true) {
    int signal_id = rand()%2 + 1;
    if(signal_id == 1) {
      while(__sync_lock_test_and_set(&lock_3,1) != 0) {
      }
      usrsig1_sender_count++;
      lock_3 = 0;
      kill(getpid(), SIGUSR1);
    } else {
      while(__sync_lock_test_and_set(&lock_4,1) != 0) {
      }
      usrsig2_sender_count++;
      lock_4 = 0;
      kill(getpid(), SIGUSR2);
    }


    int r = rand()%10 + 1;
    double s = (double)r/100;
    sleepMs(s);
  }
}

void *handlerfunc(void *parm)
{
  int *index = (int *)parm;
  sigset_t set;
  sigemptyset(&set);
  //cout << (*index) << endl;
  if((*index) % 2 == 0) {
    sigaddset(&set, SIGUSR1);
  } else {
    sigaddset(&set, SIGUSR2);
  }


  int sig;

  while(true) {
    sigwait(&set, &sig);
    //cout << "Handler" << endl;
    if (sig == SIGUSR1) {
      while(__sync_lock_test_and_set(&lock_1,1) != 0) {
      }
      usrsig1_handler_count++;        
      lock_1 = 0;
    } else if(sig == SIGUSR2) {
      while(__sync_lock_test_and_set(&lock_2,1) != 0) {
      }
      usrsig2_handler_count++;
      lock_2 = 0;
    }

    sleepMs(0.0001);
  }

}

void *monitorfunc(void *parm) {

  sigset_t set;
  sigemptyset(&set);

  sigaddset(&set, SIGUSR1);
  sigaddset(&set, SIGUSR2);

  int sig;  

  while(true) {
    sigwait(&set, &sig);
    //cout << "Monitor" << endl;
    if(sig == SIGUSR1) {
      time_1[usrsig1_monitor_count] = timestamp();
      usrsig1_monitor_count++;
    } else if(sig == SIGUSR2) {
      time_2[usrsig2_monitor_count] = timestamp();
      usrsig2_monitor_count++;
    }
    monitor_count++;
    //cout << monitor_count << endl;

    if(monitor_count == NUM_SIGNAL_REPORT) {
      double difference_1 = 0;
      double difference_2 = 0;
      if(usrsig1_monitor_count > 1) {
        for(int i=0; i<usrsig1_monitor_count-1; i++) {
          difference_1 = difference_1 + time_1[i+1] - time_1[i];
        }
        cout << "Interval SIGUSR1 = " << difference_1/(usrsig1_monitor_count-1)<< endl;
      }

      if(usrsig2_monitor_count > 1) {
        for(int i=0; i<usrsig2_monitor_count-1; i++) {
          difference_2 = difference_2 + time_2[i+1] - time_2[i];
        }
        cout << "Interval SIGUSR2 = " << difference_2/(usrsig2_monitor_count-1) << endl;
      }
      cout << "Count SIGUSR1 = " << usrsig1_sender_count << endl;
      cout << "Count SIGUSR2 = " << usrsig2_sender_count << endl; 
      monitor_count = 0;
      usrsig1_monitor_count = 0;
      usrsig2_monitor_count = 0;
    }

    sleepMs(0.001);

  }
}

int main(int argc, char **argv)
{
  if(argc != 2) {
    cout << "Required parameters missing. " << endl;
    cout << "Option 1 = 1 which means run for 30 seconds" << endl;
    cout << "Option 2 = 2 which means run until 100000 signals" << endl;
    exit(0);
  }

  int option = atoi(argv[1]);
  int i;

  pthread_t handlers[NUM_HANDLER_PROCESSES];
  pthread_t generators[NUM_SENDER_PROCESSES];
  pthread_t monitor;

  sigset_t set;
  sigset_t oldset;
  sigemptyset(&oldset);
  sigemptyset(&set);
  sigaddset(&set, SIGUSR1);
  sigaddset(&set, SIGUSR2);

  pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);


  int handler_mask[4] = {0,1,2,3};
  //Initializing the handler threads
  for(i=0; i<NUM_HANDLER_PROCESSES; i++) {
    pthread_create(&handlers[i], NULL, handlerfunc, (void *)&handler_mask[i]);
  }

  pthread_create(&monitor, NULL, monitorfunc, NULL);

  sleep(5);

  for(i=0; i<NUM_SENDER_PROCESSES; i++) {
    pthread_create(&generators[i], NULL, senderfunc, NULL);
  }

  if(option == 1) {
    cout << "Option 1 " << endl;
    //sleep(30);
    while(true){

    }
    exit(0);
  } else {
    while(true) {
      if((usrsig1_handler_count + usrsig2_handler_count) >= MAX_SIGNAL_COUNT) {
        cout << "Count SIGUSR1 = " << usrsig1_handler_count << endl;
        cout << "Count SIGUSR2 = " << usrsig2_handler_count << endl;
        exit(0);
      } else {
        pthread_yield();
      }
    }
  }
}

这是我的输出

HandlerHandler

Handler
Handler
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler
Handler

您可以看到监视器的突发，然后是处理程序的突发。但是，在代码中，一旦处理程序/监视器处理了一个信号并进入 sigwait，我就添加了一个 sleep 调用，以便将轮流传递给下一个可用线程。然而，这并没有帮助。我想这应该使它统一。但是，监视器仍然会爆裂并打印。即使在监视器中我已经在完成信号工作后进入休眠状态

Answer 1

您的代码有两个不同的问题，给您带来您所看到的结果。

第一个也是最重要的一个是每个线程都分配了一个时间片来运行。这个时间片可以被信号或 IO 中断，而不是线程将运行直到它完成它的时间片。因此，即使您进入休眠状态 - 如果 sleep 时间小于该线程的时间片，它也不会将执行转移到其他线程。如果我记得在 Windows 上这个时间片至少是 5 毫秒，但通常是 40 毫秒(尽管我可能记错了数字)。在 linux 上，这个时间片可能更短，但对于通用 linux box，我认为它是一样的。我曾经使用 Sleep(0) 放弃 Windows 上的时间片。 usleep(0) 可能会做同样的事情。所以你使用 sleep 的方式不会做你想做的。但是，由于您使用的是 pthreads，只需调用 pthread_yield 来放弃 CPU 或 sched_yield() 这应该是更好的做法，但谁知道呢......

测试输出可能面临的第二个问题是，在多线程环境中，您实际上没有直接的方法来控制字符输出到流的顺序。如果您真的希望输出有序，您需要实现一个单独的线程来执行输出并使用队列和某种锁定机制(临界区、互斥锁)或自由锁定机制将消息发送到 i。

希望这能让你朝着正确的方向前进