c - pthreads C 程序在执行时挂起

Question

我正在编写一个程序，在给定 A 和 B 矩阵的情况下执行高斯消去法。我首先获取除数和乘数，创建在 gauss 函数中执行的 pthreads，这些函数在单个“列”上执行它们的操作。然后我调用 main，它生成新的除数和乘数，并通过相同的线程返回进行另一轮操作。使用条件 pthread 变量来完成此操作。

代码挂起，直到我创建一个断点，然后它继续并完成。不确定是什么阻碍了它。需要一些帮助。

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

//Need one mutex variable and two condition variables (one c var for
//communicating between threads, and one c var for communicating with main).
pthread_mutex_t mut = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t condM = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
float arr[3][4] = {{2,-3,1, -22},{7,9,-3, 14},{6,7,2,91}};
float mults[3];
float divisor;
int num_items = 3;

void* gauss(void *mine)
{
    int thread_count=0;
    int x = *((int *)mine);

    for(int i=0;i<num_items;i++)
    {
        /*do something*/
        arr[i][x] = arr[i][x] / divisor;

        for(int k=0;k<num_items;k++){
            if(k!=i)
                arr[k][x] -= mults[k] * arr[i][x];
        }

        /*lock || wait || signal*/
        pthread_mutex_lock(&mut);
        thread_count++;
        if(thread_count < num_items)
            pthread_cond_wait(&cond,&mut);
        else
        {
            pthread_cond_signal(&condM);
            pthread_cond_wait(&cond,&mut);
            thread_count = 0;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mut);
    }

    return NULL;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    int i, j;
    pthread_t threadr[num_items+1];     /*thread id array */
    int is[num_items+1];
    printf("Test");

//    /*input num items*/
//    printf("input the number of items ");
//    scanf("%d",&num_items);
//    
//    /*input A array*/
//    printf("input A array\n");
//    for(i=0;i<num_items;i++)
//        for(j=0;j<num_items;j++)
//            scanf("%f",&arr[i][j]);
//    
//    /*input B array*/
//    printf("input B array\n");
//    for(i=0;i<num_items;i++)
//        scanf("%f",&arr[i][num_items]);

    /*grab first divisor & multipliers*/
    divisor = arr[0][0];
    for(i=0;i<num_items;i++)
    {
        mults[i] = arr[i][0];
    }

    for(i=0;i<num_items+1;i++)
    {
        is[i]=i;
        if(pthread_create(&threadr[i],NULL,gauss,(void *)&is[i]) != 0)
            perror("Pthread_create fails");
    }

    for(i=1;i<num_items;i++)
    {

        pthread_mutex_lock(&mut);
        pthread_cond_wait(&condM,&mut);

        divisor = arr[i][i];
        for(j=0;j<num_items;j++)
        {

            mults[j] = 1;
            if(j != i)
                mults[j] = arr[j][i];
        }
        pthread_cond_broadcast(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mut);
    }

    printf("The X values are:\n");
    for(i=0;i<num_items; i++) {
        printf("%0.3f \n", arr[i][num_items]);
    }

    /*wait for all threads*/
    for(i=0;i<num_items+1; i++)
        if (pthread_join(threadr[i],NULL) != 0)
            perror("Pthread_join fails");

    return 0;
}

Answer 1

你有一个竞争条件(至少一个)，你的代码没有正确使用它的条件变量。您可能可以通过修复后者来修复前者。此外，我怀疑您打算共享 gauss() 的局部变量 thread_count，但没有共享没有链接的变量。

首先，竞争条件。考虑主线程:它启动其他三个线程，然后锁定互斥量并等待条件变量 condM 收到信号。但是假设所有线程都设法在主线程开始等待之前发出 condM 信号？条件变量操作是即时的——任何在 main() 等待它之前发生的 condM 信号都会丢失。

现在让我们换个话题来谈谈条件变量。作为the Linux manual for pthread_cond_wait()说:

When using condition variables there is always a Boolean predicate involving shared variables associated with each condition wait that is true if the thread should proceed. Spurious wakeups from the pthread_cond_timedwait() or pthread_cond_wait() functions may occur. Since the return from pthread_cond_timedwait() or pthread_cond_wait() does not imply anything about the value of this predicate, the predicate should be re-evaluated upon such return.

换句话说，条件变量用于在给定条件变为真之前暂停线程操作。用抽象的术语来说，该条件始终是“该线程可以继续进行”，但这是在特定于上下文的术语中实现的。最重要的是，线程从等待中醒来的事实永远不会固有地表明条件为真；它仅仅表示新唤醒的线程应该检查条件是否为真。通常，线程还应在第一次等待之前进行检查，因为条件可能已经为真。

在伪代码中，它看起来像这样:

线程 1:

lock mutex;
loop
    if is_ok_to_proceed then exit loop;
    wait on condition variable;
end loop
// ... maybe do mutex-protected work ...
unlock mutex

线程 2:

lock mutex
    // ... maybe do mutex-protected work ...
    is_ok_to_proceed = true;
    signal condition variable;
unlock mutex

一般来说，在其他地方也有(互斥保护的)代码使 CV 谓词为假，因此有时线程确实会执行它们的等待。

现在考虑如何将其应用于 main() 中的竞争条件。 main() 如何知道是否等待 condM()？某处需要有一个共享变量来回答它，并且它的等待必须以该变量的值为条件。任何允许主线程继续进行的线程都必须为变量和信号 condM 设置适当的值。主线程本身也应该根据需要设置变量，以表明它当时还没有准备好继续。

当然，您的其他 CV 用法也存在同样的问题。