c - 多线程同步

Question

我正在使用 glibc pthreads 库编写一个多线程应用程序。我有 3 个 pthreads - 其中一个称为“调度程序”，另外两个称为“工作线程”和主线程。主线程监听事件并将它们放入队列中。然后调度程序线程将它们分派(dispatch)到工作队列。工作线程从工作队列中获取事件并执行。问题是有时，事件必须在主线程本身中执行，以防止主要数据争用。因此，我需要一种机制来在收到特殊事件时暂停主线程，并等待所有工作人员完成其工作，然后执行该事件。

为了做到这一点，我使用了一个受互斥体保护的整数，其位由工作线程设置和重置。当worker在其队列中发现没有作业时，它将把它的位设置为0。如果有作业，那么它将把它的位标记为1。这个想法是，如果其中一个worker正在运行，那么整数就是!= 0.现在，当主线程想要暂停自己以便工作人员完成时，现在将进行条件等待，直到整数变为 0。工作线程在重置其位时将检查整数是否变为 0。如果为真，则它将向主线程发出信号。此时，我期望所有工作人员的队列中都没有作业，因此主线程可以执行特殊事件。由于主线程负责将事件排队到第一个队列，因此我们可以保证没有事件会潜入工作人员中。

伪代码如下。

int pause_threads() => the one called from main thread.  
{  
  pthread_mutex_lock(pause_thread_lock));  

  while (pthread_states != 0) {  
  pthread_cond_wait(pause_mthread_cond), pause_thread_lock));  
  }  

}  

int thread_resume()  => called after the special event is executed by main thread.  
{  
  pthread_mutex_unlock(pause_thread_lock));  
}  

int thread_set_state_wait(index) => index is id 0,1 for each worker  
{  
 pthread_mutex_lock(pause_thread_lock));  
 (thread_states) &= (~(MTHREAD_THR_STATE_RUNNING << index));  
  if (pthread_states == 0)  
     pthread_cond_signal(pause_thread_cond));  
  pthread_mutex_unlock(&(pause_thread_lock));  
}  

 int thread_set_state_running(index)  
{  
   pthread_mutex_lock(pause_thread_lock));  
  (pthread_states) |= (MTHREAD_THR_STATE_RUNNING << index);  
   pthread_mutex_unlock(pause_thread_lock));  

}   

我面临的问题是这段代码并不总是有效。有时，我看到当主线程正在执行特殊事件时，工作线程仍然处于事件状态并正在执行作业。逻辑上有什么问题吗？还有其他可能的方法来实现这一目标吗？我已尽力寻找解决方案。请帮忙。

Answer 1

这是一个棘手的问题。当你的主程序要进入关键部分时，它需要确保:

1. 调度程序不会再安排任何工作
2. worker 们已经完成了工作

这两个都需要其他线程的确认。如果您制定某种消息传递机制或使用预先存在的机制，则将其写为通信问题可能会更容易。不过，使用标准的互斥锁和条件变量集，您可能会像这样构造它:

• 调度程序
  1. 安排工作时，增加正在进行的作业(由互斥体锁定)
• worker
  1. 完成工作并广播时减少正在进行的作业(由互斥锁锁定)
• 主要
  1. 当它需要一个关键部分时，它会设置一个标志(由互斥锁锁定)，表明关键部分正在进行中，并在 condvar 上广播此状态已更改
  2. 设置一个标志(也被锁定)，表明条目正在进行并广播状态更改
  3. 它等待正在进行的条件变量，以便调度程序通过将标志设置为零来确认
  4. 它等待工作进程完成作业
  5. 取消设置正在进行的和广播以解锁调度程序
• 调度程序
  1. 在开始工作之前或在 condvar 上检查 main 是否想要输入
  2. 取消设置正在进行的标记并广播以确认
  3. 等待 key-in-progress condvar main 完成

当您完成所有这些工作后，main 可以确保不会再安排更多的工作，并且所有正在进行的工作都已完成。它可以做它的事情，然后解锁调度程序。