我们怎么知道代码是线程安全的？

Posted 2023-02-16

【中文标题】我们怎么知道代码是线程安全的？

【英文标题】：How do we know that the code is thread safe?

【发布时间】：2013-11-19 14:58:45

【问题描述】：

我正在关注this tutorial 以了解如何使用 VTUNE 移除锁 此页面在收集 Vtune 结果后显示以下内容：

识别最热门的代码行

点击热点导航按钮 转到等待时间最长的代码行。 VTune 放大器 突出显示第 170 行进入临界区 rgb_critical_section 在 draw_task 函数中。 draw_task 函数正在等待 几乎 27 秒，而这段代码行正在执行，并且大部分 处理器未被充分利用的时间。在此期间，关键 部分被竞争了 438 次。

rgb_critical 部分是应用程序所在的地方 序列化。每个线程都必须等待临界区 在它可以继续之前可用。只有一个线程可以在 一次关键部分。您需要优化代码以使其 更多并发。

在我进入下一部分之前，我能够按照本教程进行操作：Remove the Lock

解除锁定

引入 rgb_critical_section 是为了保护计算免受 多线程访问。简单分析一下，代码是线程的 安全且关键部分并不是真正需要的。

我的问题是我们如何知道代码是线程安全的？

正如建议的那样，我评论了那些行（EnterCritical... 和 LeaveCritical...），并看到了巨大的性能提升，但我不明白为什么不需要这个关键部分？哪项分析告诉我们这一点？

相关代码在analyze_locks.cpp中：

public:
    void operator () (const tbb::blocked_range <int> &r) const 

        unsigned int serial = 1;
        unsigned int mboxsize = sizeof(unsigned int)*(max_objectid() + 20);
        unsigned int * local_mbox = (unsigned int *) alloca(mboxsize);
        memset(local_mbox,0,mboxsize);

        for (int y=r.begin(); y!=r.end(); ++y) 
            drawing_area drawing(startx, totaly-y, stopx-startx, 1);

            // Enter Critical Section to protect pixel calculation from multithreaded access (Needed?)
        //  EnterCriticalSection(&rgb_critical_section);

            for (int x = startx; x < stopx; x++) 
                color_t c = render_one_pixel (x, y, local_mbox, serial, startx, stopx, starty, stopy);
                drawing.put_pixel(c);
            

            // Exit from the critical section
        //  LeaveCriticalSection(&rgb_critical_section);

            if(!video->next_frame()) tbb::task::self().cancel_group_execution();
        
    

    draw_task () 

;

【问题讨论】：

问题是任何内存是否一次被多个线程访问。

人们不能“简单地”推理线程安全。例如，在此处使用 OpenMP 时，逐步分析此代码以消除数据竞争 - viva64.com/en/b/0035/print

【参考方案1】：

如果没有全局状态（即该特定线程之外的状态）被修改，则某些东西是线程安全的。我们很难说出render_one_pixel 和drawing.put_pixel 究竟做了什么，以及可能需要以什么顺序执行。

假设对put_pixel(c) 的调用顺序无关紧要（或者哪个线程进行调用），那么在这里删除临界区是安全的。如果需要严格的排序，我不确定关键部分是否是正确的解决方案。 （同样的规则显然适用于render_one_pixel，如果它改变了一些全局状态，当然也必须在“是否安全”中考虑到这一点）。