实验 线程编程-加1操作为什么会出错？【操作系统】

线程编程-加1操作为什么会出错？

• ​​出错​​

• ​​源代码​​
• ​​运行结果​​

• ​​修改1--原子操作​​

• ​​代码​​
• ​​结果​​

• ​​修改2--加锁​​

• ​​代码​​
• ​​结果​​

出错

在这个代码中，函数thread（）有一个循环，做了简单的加1操作。 在主函数中，调用pthread_create()创建了一个线程，这个循环16次，总共创建了16个线程，运行这个程序，我们本来的期望结果是16*10000, 但是发现结果不是160000，那到底为什么？如何解决？

源代码

9-.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
//开后16个线程。
#define PTHREAD_NUM 16
unsigned long sum =0;
void *thread(void *arg){
  //不使用原子锁
  int i;
  for(i= 0;i <10000;i++)  
    sum+=1;

}

int main(void){
  printf("before ...sum = %lu\n",sum);
  pthread_t pthread[PTHREAD_NUM];      //被创建线程的标识
  int ret;                //接收近回值
  void *retval[PTHREAD_NUM];
  int i;
  for(i= 0; i< PTHREAD_NUM; i++){
    ret = pthread_create(&pthread[i], NULL, thread, NULL);  
    if(ret !=0){
      perror("cause:");
      printf("creat pthread %d failed.\n",i+1);
    }
  }
  for (i=0;i<PTHREAD_NUM; i++){
    pthread_join(pthread[i], &retval[i]);  
  }
  
  printf("after ... sun = %lu\n",sum);
  return  0;
}

运行结果

修改1–原子操作

我看到，加1操作实际上是由汇编指令的三条指令完成的，如果这三条指令在执行期间不被中断，一口气执行完，那就不出错了，因此，就有了原子操作的概念，所谓原子操作，就是在执行期间不可分割，要么全部执行，要么一条也不执行。 在Linux下如何进行原子操作？ gcc从4.1.2开始提供了__sync_*系列的build-in函数，用于提供加减和逻辑运算的原子操作，其声明如下：

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)

...

比如,__sync_add_and_fetch()是GCC内嵌的函数，可以进行加1的原子操作，请参看__sync_fetch_and_add系列原子操作函数述

代码

9.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
//开后16个线程。
#define PTHREAD_NUM 16
unsigned long sum =0;
void *thread(void *arg){
  //不使用原子锁
  int i;
  for(i= 0;i <10000;i++)  
    __sync_add_and_fetch(&sum,1);

}

int main(void){
  printf("before ...sum = %lu\n",sum);
  pthread_t pthread[PTHREAD_NUM];      //被创建线程的标识
  int ret;                //接收近回值
  void *retval[PTHREAD_NUM];
  int i;
  for(i= 0; i< PTHREAD_NUM; i++){
    ret = pthread_create(&pthread[i], NULL, thread, NULL);  
    if(ret !=0){
      perror("cause:");
      printf("creat pthread %d failed.\n",i+1);
    }
  }
  for (i=0;i<PTHREAD_NUM; i++){
    pthread_join(pthread[i], &retval[i]);  
  }
  
  printf("after ... sun = %lu\n",sum);
  return  0;
}

结果

修改2–加锁

最简单的处理办法就是加锁保护，请参看
​​​POSIX详解pthread_mutex_lock​​

代码

9_.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
//开后16个线程。
#define PTHREAD_NUM 16
unsigned long sum =0;
pthread_mutex_t mymutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *thread(void *arg){
  //不使用原子锁
  int i;
  for(i= 0;i <10000;i++){
    pthread_mutex_lock(&mymutex); 
    sum+=1;
    pthread_mutex_unlock(&mymutex);
    
  }
}

int main(void){
  printf("before ...sum = %lu\n",sum);
  pthread_t pthread[PTHREAD_NUM];      //被创建线程的标识
  int ret;                //接收近回值
  void *retval[PTHREAD_NUM];
  int i;
  for(i= 0; i< PTHREAD_NUM; i++){
    ret = pthread_create(&pthread[i], NULL, thread, NULL);  
    if(ret !=0){
      perror("cause:");
      printf("creat pthread %d failed.\n",i+1);
    }
  }
  for (i=0;i<PTHREAD_NUM; i++){
    pthread_join(pthread[i], &retval[i]);  
  }
  
  printf("after ... sun = %lu\n",sum);
  return  0;
}

结果