如何使用互斥锁在 C 中执行生产者-消费者程序

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何使用互斥锁在 C 中执行生产者-消费者程序

【英文标题】：How to do a Producer-consumer program in C using Mutex locks

【发布时间】：2018-11-02 18:40:25

【问题描述】：

我正在学习线程和锁定的工作原理。为此，我正在用 C 语言编写一个使用互斥锁的生产者-消费者线程程序。该程序的目标是接收数字并产生一个乘积。

1- 程序从文件或命令行中获取数字。

2- 主线程将数字传递给子线程，一次 3 个数字。

3- 输出结果

当我传入三个数字时，我在子线程中遇到了错误的访问错误，我不知道为什么。我认为我没有正确使用互斥锁和解锁。请帮忙。

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

#define SIZE (20)

struct data_t 
    int numGroups;
    int data[SIZE];
    pthread_mutex_t mutex;
;

/* Simple child thread function */
void *child_thread(void *p) 
    struct data_t *data = (struct data_t *)p;

    int *result = malloc(33*sizeof(int));

    for (int i = 0; i < data->numGroups; ++i) 
        pthread_mutex_lock(&data->mutex);
        result[i] = data->data[i*3] * data->data[i*3+1] * data->data[i*3+2]; // <- I am getting a bad access error on this line
        pthread_mutex_unlock(&data->mutex);
    

    return result;


int main(int argc, char *argv[]) 
    FILE *fp = stdin;
    struct data_t data;
    data.numGroups = 0;
    pthread_t thread_handle;
    void *result;

    // Validate the file
    if ( argc > 1 ) 
        fp = fopen(argv[1], "r");
    
    if ( fp == NULL ) 
        printf("Couldn't open the file %s\n", argv[1]);
        perror("Trying to open file");
        return -1;
    

    int num1, num2, num3;

    while (fscanf(fp, "%d %d %d", &num1, &num2, &num3) == 3) 
        pthread_mutex_lock(&data.mutex);
        data.data[data.numGroups*3] = num1;
        data.data[data.numGroups*3+1] = num2;
        data.data[data.numGroups*3+2] = num3;
        data.numGroups++;
        pthread_mutex_unlock(&data.mutex);
    

    /* Create child thread */
    pthread_create(&thread_handle, NULL, child_thread, &data.mutex);

    /* Retrieve result by passing a reference to a void pointer */
    pthread_join(thread_handle, &result);

    int *output = (int *)result;

    for (int i = 0; i < data.numGroups; ++i) 
        printf("The product of %d, %d, %d is %d\n", data.data[i*3], data.data[i*3+1], data.data[i*3+2], output[i]);
    

    /* Free allocated memory */
    free(result);

    return 0;

【问题讨论】：

您的线程函数需要一个struct data_t 地址，但您正在传递其互斥字段的地址。

能否减少代码量，即提取minimal reproducible example？尤其应避免手动输入任何数据的需要。另外，为了确保您不会检查各种函数是否有错误，也要这样做！

【参考方案1】：

您的程序中有多个问题，让我列出所有问题。

您的程序的一个问题是您将互斥体的地址传递给 child_thread 而不是地址 data。 另一个问题是因为您在创建之前填充结构 child_thread 你不需要锁定对数据结构的访问，因为 它不是共享的。 在子线程中分配结果内存大小等于 data->numGroups 因为结果数组包含那么多元素。

下面sn-p显示你的代码的工作版本，你可以在while循环中注释掉锁定和解锁方法。

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

    #define SIZE (20)

    struct data_t 
        int numGroups;
        int data[SIZE];
        pthread_mutex_t mutex;
    ;

    /* Simple child thread function */
    void *child_thread(void *p)
    
        struct data_t *data = (struct data_t *)p;
        int *result = malloc(data->numGroups*sizeof(int));
        for (int i = 0; i < data->numGroups; ++i) 
            pthread_mutex_lock(&data->mutex);
            result[i] = data->data[i*3] * data->data[i*3+1] * data->data[i*3+2];
            pthread_mutex_unlock(&data->mutex);
        
        return result;
    

    int main(int argc, char *argv[]) 
        FILE *fp;
        struct data_t data;
        data.numGroups = 0;
        pthread_t thread_handle;
        void *result;

        // Validate the file
        if ( argc > 1 ) 
            fp = fopen(argv[1], "r");
        
        if ( fp == NULL ) 
            printf("Couldn't open the file %s\n", argv[1]);
            perror("Trying to open file");
            return -1;
        

        int num1, num2, num3;

        while (fscanf(fp,"%d %d %d", &num1, &num2, &num3) == 3) 
            pthread_mutex_lock(&data.mutex); //Actually not necessary, since child thread is not running.
            data.data[data.numGroups*3] = num1;
            data.data[data.numGroups*3+1] = num2;
            data.data[data.numGroups*3+2] = num3;
            data.numGroups++;
            pthread_mutex_unlock(&data.mutex);//Actually not necessary, since child thread is not running.
        

        /* Create child thread */
        pthread_create(&thread_handle, NULL, child_thread, (void*)&data);

        /* Retrieve result by passing a reference to a void pointer */
        pthread_join(thread_handle, &result);
        int *output = (int *)result;

        for (int i = 0; i < data.numGroups; ++i) 
            printf("The product of %d, %d, %d is %d\n", data.data[i*3], data.data[i*3+1], data.data[i*3+2], output[i]);
        

        /* Free allocated memory */
        free(result);

        return 0;