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(转载)线程假唤醒现象  

2013-12-06 08:32:55|  分类: LINUX编程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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线程假唤醒现象 

 .http://blog.csdn.net/turkeyzhou/article/details/5775301

分类: Socket/multi Thread  2010-07-30 01:37 898人阅读 评论(1) 收藏 举报

 

singalnull设计模式linux多线程

pthread_cond_waitspurious wakeup问题

最近在温习pthread的时候,忽然发现以前对pthread_cond_wait的了解太肤浅了。昨晚在看《Programming With POSIX Threads》的时候,看到了pthread_cond_wait的通常使用方法:

pthread_mutex_lock();

while(condition_is_false)

    pthread_cond_wait();

pthread_mutex_unlock();

为什么在pthread_cond_wait()前要加一个while循环来判断条件是否为假呢?

APUE中写道:

传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护,调用者把锁住的互斥量传给函数。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上,然后对互斥量解锁,这两个操作是原子操作。

线程释放互斥量,等待其他线程发给该条件变量的信号(唤醒一个等待者)或广播该条件变量(唤醒所有等待者)。当等待条件变量时,互斥量必须始终为释放的,这样其他线程才有机会锁住互斥量,修改条件变量。当线程从条件变量等待中醒来时,它重新继续锁住互斥量,对临界资源进行处理。

条件变量的作用是发信号,而不是互斥。

wait前检查

 

对于多线程程序,不能够用常规串行的思路来思考它们,因为它们是完全异步的,会出现很多临界情况。比如:pthread_cond_signal的时间早于pthread_cond_wait的时间,这样pthread_cond_wait就会一直等下去,漏掉了之前的条件变化。

对于这种情况,解决的方法是在锁住互斥量之后和等待条件变量之前,检查条件变量是否已经发生变化。

if(condition_is_false)

    pthread_cond_wait();

这样在等待条件变量前检查一下条件变量的值,如果条件变量已经发生了变化,那么就没有必要进行等待了,可以直接进行处理。这种方法在并发系统中比较常见,例如之前PACKET_MMAPpoll的竞争条件的解决方法。

 

-----------------------------------------------------------------------

 

忽然想起了设计模式中的单件模式的"双重检查加锁"

Singleton *getInstance()

{

    if(ptr==NULL)

    {

        LOCK();

        if(ptr==NULL)

        {

            ptr = new Singleton();

        }

        UNLOCK();

    }

    return ptr;

}

这样只有在第一次的时候会进行锁(应该是第一轮,如果刚开始有多个线程进入了最上层的ptr==NULL代码块,就会有多次锁,只不过之后就不会锁了),之后就不会锁了。

pthread_once()的实现也是基于单件模式的。

pthread_once函数首先检查控制变量,以判断是否已经完成初始化。如果完成,pthread_once简单的返回;否则,pthread_once调用初始化函数(没有参数),并记录下初始化被完成。如果在一个线程初始化时,另外的线程调用pthread_once,则调用线程将等待,直到那个线程完成初始化后返回。换句话,当调用pthread_once成功返回时,调用者能够肯定所有的状态已经初始化完毕。

 

int   __pthread_once (once_control, init_routine)

  pthread_once_t *once_control;

     void (*init_routine) (void);

{

  /* XXX Depending on whether the LOCK_IN_ONCE_T is defined use a

     global lock variable or one which is part of the pthread_once_t

     object.  */

  if (*once_control == PTHREAD_ONCE_INIT)

    {

      lll_lock (once_lock, LLL_PRIVATE);

      /* XXX This implementation is not complete.  It doesn't take

cancelation and fork into account.  */

      if (*once_control == PTHREAD_ONCE_INIT)

{

  init_routine ();

  *once_control = !PTHREAD_ONCE_INIT;

}

      lll_unlock (once_lock, LLL_PRIVATE);

    }

  return 0;

}

-----------------------------------------------------------------------

pthread_cond_wait中的while()不仅仅在等待条件变量前检查条件变量,实际上在等待条件变量后也检查条件变量。pthread_cond_wait返回后,还需要检查条件变量,这是为什么呢?难道pthread_cond_wait不是pthread_cond_signal触发了某个condition导致的吗?

这个地方有些迷惑人,实际上pthread_cond_wait的返回不仅仅是pthread_cond_signalpthread_cond_broadcast导致的,还会有一些假唤醒,也就是spurious wakeup

何为假唤醒?顾名思义就是虚假的唤醒,与pthread_cond_signalpthread_cond_broadcast的唤醒相对。那么什么情况下会导致假唤醒呢?可以阅读参考1

signal

大致意思是:

linux中,pthread_cond_wait底层是futex系统调用。在linux中,任何慢速的阻塞的系统调用当接收到信号的时候,就会返回-1,并且设置errnoEINTR。在系统调用返回前,用户程序注册的信号处理函数会被调用处理。

:什么有样的系统调用会出现接收信号后发挥EINTR呢?

慢速阻塞的系统调用,有可能会永远阻塞下去的那种。当接收到信号的时候,认为是一个返回并执行其他代码的一个时机。

信号的处理也不简单,因为有些慢系统调用被信号中断后是会自动重启的,所以我们通常需要用siginterrupt(signo, 1)来关闭重启或者在用sigaction安装信号处理函数的时候取消SA_RESTART标志,之后就可以通过判断信号的返回值是否是-1errno是否为EINTR来判断是否有信号抵达。

如果关闭了SA_RESTART的一些使用慢速系统调用的应用,一般都采用while()循环,检测到EINTR后就重新调用。

while(1)

{

   int ret = syscall();

   if(ret<0 && errno==EINTR)

       continue;

   else

       break;

}

 

但是,对于futex这种方法不行,因为futex结束后,再重新运行的过程中,会出现一个时间窗口,其他线程可能会在这个时间窗口中进行pthread_cond_signal,这样,再进行pthread_cond_wait的时候就丢失了一次条件变量的变化。解决方法就是在pthread_cond_wait前检查条件变量,也就是

 

pthread_mutex_lock();

 

while(condition_is_false)

 

    pthread_cond_wait();

 

pthread_mutex_unlock();

 

pthread_cond_broadcast

 

实际上,不仅仅信号会导致假唤醒,pthread_cond_broadcast也会导致假唤醒。加入条件变量上有多个线程在等待,pthread_cond_broadcast会唤醒所有的等待线程,而pthread_cond_signal只会唤醒其中一个等待线程。这样,pthread_cond_broadcast的情况也需要在pthread_cond_wait前使用while循环来检查条件变量。

 

参考:

 

http://vladimir_prus.blogspot.com/2005/07/spurious-wakeups.html

 

http://www.lambdacs.com/cpt/FAQ.html#Q94

 

http://groups.google.de/group/comp.programming.threads/msg/bb8299804652fdd7

 

http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html#ss4.5

 

http://blog.chinaunix.net/u/5251/showart_309061.html

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