简单的定制互斥锁失败

Posted 2023-02-21

【中文标题】简单的定制互斥锁失败

【英文标题】：simple custom made mutex failing

【发布时间】：2011-04-28 06:33:45

【问题描述】：

你能发现代码中的错误吗？门票最终低于 0 导致长时间停顿。

struct SContext 
    volatile unsigned long* mutex;
    volatile long* ticket;
    volatile bool* done;
;

static unsigned int MyThreadFunc(SContext* ctxt) 

    // -- keep going until we signal for thread to close
    while(*ctxt->done == false) 

        while(*ctxt->ticket)  // while we have tickets waiting
            unsigned int lockedaquired = 0;
            do 
                if(*ctxt->mutex == 0)  // only try if someone doesn't have mutex locked
                    // -- if the compare and swap doesn't work then the function returns
                    // -- the value it expects
                    lockedaquired = InterlockedCompareExchange(ctxt->mutex, 1, 0);
                
             while(lockedaquired !=  0); // loop while we didn't aquire lock
            // -- enter critical section

            // -- grab a ticket
            if(*ctxt->ticket > 0);
                     (*ctxt->ticket)--;

            // -- exit critical section
            *ctxt->mutex = 0; // release lock
        
     

     return 0;

调用函数等待线程完成

    for(unsigned int loops = 0; loops < eLoopCount; ++loops) 
        *ctxt.ticket = eNumThreads; // let the threads start!

        // -- wait for threads to finish
        while(*ctxt.ticket != 0)
            ; 
    
    done = true;

编辑：

这个问题的答案很简单，不幸的是，在我花时间精简示例以发布简化版本后，我在发布问题后立即找到了答案。叹息..

我将 lockaquired 初始化为 0。然后作为不占用总线带宽的优化，如果使用互斥体，我不执行 CAS。

不幸的是，在这种情况下，当锁被占用时，while 循环会让第二个线程通过！

很抱歉有额外的问题。我以为我不了解 Windows 低级同步原语，但实际上我只是犯了一个简单的错误。

【问题讨论】：

能否提供第二个代码示例的变量声明。

@ereOn 会的，谢谢提醒！

@coderdave：对你的问题表示赞同：)

另外一个问题是，如果你有很多线程，那些等待锁空闲的线程会随机看到下一次解锁。不幸的线程可能不得不永远等待。

@Bo：据我所知，他们在示例中的共享票证池上运行，所以饥饿并不重要。

【参考方案1】：

我在您的代码中看到另一场比赛：一个线程可能导致 *ctxt.ticket 达到 0，从而允许父循环返回并重新设置 *ctxt.ticket = eNumThreads 而无需持有 *ctxt.mutex。其他一些线程现在可能已经持有互斥锁（事实上，它可能确实如此）并在*ctxt.ticket 上运行。对于您的简化示例，这只会阻止“批次”被完全分离，但如果您在 loops 循环的顶部有更复杂的初始化（如比单个单词写入更复杂），您可能会看到奇怪的行为。

【讨论】：

是的，这是真的！在这个简化的示例中，虽然它是安全的，但这不是复制和粘贴到真实代码的好模型。感谢您的精彩评论。

【参考方案2】：

我发布了一个错误，我认为这是一个合法的多线程问题，但实际上这只是糟糕的逻辑。我一发布就解决了这个错误。以下是问题线和答案

unsigned int lockedaquired = 0;

我将 lockaquired 初始化为 0，然后在我添加了一个 if 语句以跳过执行 CAS 的昂贵操作之后。这种优化导致它退出 while 循环并进入关键部分。将代码更改为

unsigned int lockedaquired = 1;

解决问题。我发现代码中还有另一个隐藏的问题（我真的不应该再深夜编码了）。有人注意到关键部分中 if 语句后的分号吗？叹息……

if(*ctxt->ticket > 0);
    (*ctxt->ticket)--;

应该是这样的

if(*ctxt->ticket > 0)

此外，Ben Jackson 指出，当我们将票证重置为 eNumThreads 时，一个线程可能会在临界区中。虽然这在此示例代码中非常好，但如果您要将它应用于需要执行更多操作的问题，它可能不安全，因为线程没有以同步方式运行，因此如果您将其应用于您的代码。

最后一点，如果有人决定将这段代码用于他们自己的互斥锁实现，请记住您的主驱动线程正在空闲。如果您在关键部分执行需要大量时间的大型操作并且您的票数很高，请考虑让出您的线程以让其他软件在等待时使用 CPU。此外，如果临界区很大，请考虑使用自旋锁。

谢谢