父线程不等待工作线程完成任务

Question

父线程不等待工作线程完成任务

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在我的程序中，主线程创建了4个（或更多）工作线程。在某个时刻，父线程必须等待工作线程完成一些计算。这些线程在无限循环中运行，因此我不能使用pthread_join(.., ..) POSIX函数来等待工作线程完成。所以我使用了一个全局计数器和一个条件变量。

主线程代码

unsigned jobs = 0; // global variable

// global mutex and cv. They get initialised in my main.
pthread_mutex_t counter_mutex;
pthread_cond_t  counter_cv;

static void process(..){

    jobs = myArray.size(); 

    // I am using a function here that broadcasts a cv in order to
    // wake up the workers

    pthread_mutex_lock(&counter_mutex); // lock counter
        while (jobs > 0){
            pthread_cond_wait(&counter_cv, &counter_mutex); // PARENT SHOULD GET STUCK HERE TILL WORKERS ARE DONE
        }
        // cout << "Workers are done" << endl;
    pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);   // unlock counter
}

工作线程代码

 extern unsigned jobs;
 extern pthread_mutex_t counter_mutex;
 extern pthread_cond_t  counter_cv;

 void *run() {

    for (int i = 0;; i++) {

        // do some calculations here

        pthread_mutex_lock(&counter_mutex); // lock counter
            jobs--;
            if (jobs == 0){
                pthread_cond_signal(&counter_cv);
                cout << "All jobs are done" << endl;
            }
        pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);   // unlock counter

    }
}

问题在于有时我的主线程不会被阻塞在条件变量上等待工作线程，这导致有时会出现分段错误。是否存在我看不到的竞争条件导致了这个问题？

- pirox22

jobs = myArray.size(); 这是队列/数组中工人弹出并计算的项目数量。 - pirox22

线程始终保持活动状态，但会在另一个条件变量处被阻塞，直到主线程将项目推送到队列/数组。 - pirox22

无论主线程是否等待，直到jobs为0（或更少）之前，它都不应绕过while循环。您应该在任何地方记录jobs的值，并在更改jobs之前和之后查看输出。也许这将有助于缩小问题范围。 - Kevin

你的工作线程比任务还多吗？ - Kevin

3个工作，4个线程。我唤醒它们全部。3个工作线程从队列中弹出。第四个弹出什么？然后第三个将工作计数器减少到0，然后发出信号给主线程，第四个导致sigsegv。 - pirox22

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2个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- kuroi neko · Answer 1

我看到你的代码存在一个问题，那就是每个工作程序都会不停地运行(如果你的处理过程不涉及计时器/IO操作，有可能会占用100%的CPU)，并且一旦没有更多的任务后也不会终止。

在实际情况中，你的工作程序应该从队列或类似的地方获取到工作请求，并在没有可处理的工作时阻塞(等待可用的工作或某个终止命令)。

我没有看到这里存在竞争条件。唯一的问题是作业计数器的系统性递减。如果你认为它不可能成为负数，那么很快它就会变成负数，这可能会引起各种麻烦。为了避免这种情况，只需要在递减之前将计数器测试为零即可。

- Christophe · Answer 2

你的代码存在明显的并发问题。为了简单起见，假设我们有两个工人和两个任务。以下情况可能发生：

任务计数设置为2
父进程被卡在等待条件变量上
两个工人在他们的无限循环中开始处理迭代
第一个工人由于某种原因更快地完成了任务，并执行了锁定的作业计数更新。作业计数减少到1，因此父进程被留下等待，锁被释放。然后工人开始下一次迭代。不幸的是，在现实中没有剩余的工作（1已经完成，1正在由第二个工人执行）。但它开始了一个假想的工作（也许是在同时删除或超出范围的数组元素中寻址？）
第二个工人完成了它的工作，作业计数减少到0，导致父进程被唤醒，持有锁，退出循环并解锁。
你注意到，虽然父进程认为它已经结束了，但第一个工人仍在处理一个假想的任务，可能尝试访问myArray，而它已经被清理，或者其他任何可能出错的事情。

所以你有两个机会进行比赛和/或segfalts：在父进程中和仍然活跃的工作进程中，忙于不存在的任务。

我认为如果您开始循环获取锁定、检查是否仍有剩余作业并预先减少作业计数，那么工作循环将会更加安全，这样同行工作者就会知道实际剩余的工作量：

void *run() {

    for (int i = 0;; i++) {
        pthread_mutex_lock(&counter_mutex); // lock counter
            if (jobs == 0){
                pthread_cond_signal(&counter_cv);
                cout << "All jobs are done" << endl;
            }
            else jobs--;
        pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);   // unlock counter

        // do some calculations here

    }
}

优点是工人只在确实还有工作的情况下才工作。唯一的问题是，当第一个工人失业时，父进程会被唤醒。但其他工人仍然可能在运行。

如果这是一个问题，你可以维护一个仍在运行的任务计数器，并让父进程循环执行“(jobs>0 || active_jobs>0)”代码。