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如何實作信號量書中的偽代碼?

2021-11-30 05:49:40 移動端開發

最近,我學習了作業系統課程,該課程將我帶到了信號量小書中的屏障偽代碼。但是現在有幾個小時我正在努力實作這個障礙,我似乎無法正確理解它。為了理解它,我嘗試了一個簡單的程式,讓執行緒進入屏障,當所有執行緒到達時,讓它們通過。這是我的代碼:

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>


#define NR_MAX 5

int n=NR_MAX;
int entered = 0;

pthread_mutex_t mtx;
sem_t smph;

void* bariera(void *v){
    pthread_mutex_lock(&mtx);
        entered   ;
    printf("thread %d have entered\n", entered);
    pthread_mutex_unlock(&mtx);
    if(entered == n) { 
        
        sem_post(&smph); printf("Out %d \n", entered);}
    sem_wait(&smph);
    
    sem_post(&smph);
}

int main() {
    pthread_t thr[NR_MAX];
    pthread_mutex_init(&mtx, NULL);
    sem_init(&smph, 0, 1);
    for (int i=0; i<NR_MAX; i  ){
        pthread_create(&thr[i], NULL, bariera, NULL);
    }
    for(int i=0; i<NR_MAX; i  ){
        pthread_join(thr[i], NULL);
        }
    return 0;
}

這應該如何實際實施?因為現在,它只列印他們到達屏障的順序,然后只列印最后一個到達的順序。

編輯:完全忘記了,這是偽代碼:

n = the number of threads
count = 0  - keeps track of how many threads arrived at the barrier
mutex = Semaphore (1)  - provides exclusive acces to count
barrier = Semaphore (0) - barrier is locked (zero or negative) until all threads arrive; then it should be unlocked(1 or more)


rendezvous
2
3 mutex.wait()
4 count = count   1
5 mutex.signal ()
6
7 if count == n: barrier.signal ()
8
9 barrier.wait()
10 barrier.signal ()
11
12 critical point

預期輸出:

   Out 5
   Out 4 
   Out 3 
   Out 2
   Out 1

(順序不必相同)

實際輸出:

Out 5

uj5u.com熱心網友回復:

三個問題:

  • 未正確初始化的信號量。
  • entered在臨界區之外訪問
  • 錯位了printf
  • 失蹤return
  • for 回圈中缺少增量。
void* bariera(void *v) {
    int id = (int)(uintptr_t)v;
    printf("[%d] Before barrier.\n", id);

    pthread_mutex_lock(&mtx);
    if(  entered == n) 
        sem_post(&smph);  // Wake up a thread.
    pthread_mutex_unlock(&mtx);

    sem_wait(&smph);  // Barrier.
    sem_post(&smph);  // Wake up another thread.

    // Do something after the barrier.
    printf("[%d] After barrier.\n", id);

    return NULL;
}

sem_init(&smph, 0, 0);  // Should initially be zero.
for (int i=0; i<NR_MAX;   i) {
    pthread_create(&thr[i], NULL, bariera, (void*)(intptr_t)i);
}

輸出:

[0] Before barrier.
[2] Before barrier.
[3] Before barrier.
[4] Before barrier.
[1] Before barrier.
[1] After barrier.
[0] After barrier.
[3] After barrier.
[2] After barrier.
[4] After barrier.

這使得屏障信號量不可重用。解決這個問題,因為它發布n 1時間。為了讓它回到原來的狀態,我們只需要發布n幾次。

void* bariera(void *v) {
    int id = (int)(uintptr_t)v;
    printf("[%d] Before barrier.\n", id);

    pthread_mutex_lock(&mtx);
    if(  entered == n)
        for (int i=n; i--; )
           sem_post(&smph);  // Wake up every thread.
    pthread_mutex_unlock(&mtx);
    sem_wait(&smph);  // Barrier.

    // Do something after the barrier.
    printf("[%d] After barrier.\n", id);

    return NULL;
}

uj5u.com熱心網友回復:

對于 C11 原子型別,您實際上不需要單獨的互斥鎖來保護對屏障計數器的訪問,如下所示。這個版本也將barrier相關的變數和操作封裝成一個struct和functions,不需要最后一個碰到barrier的執行緒也必須等待信號量。

#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

struct barrier {
  int maxcount;
  _Atomic int count;
  sem_t sem;
};

void barrier_init(struct barrier *b, int count) {
  b->maxcount = b->count = count;
  sem_init(&b->sem, 0, 0);
}

void barrier_destroy(struct barrier *b) {
  sem_destroy(&b->sem);
}

void barrier_wait(struct barrier *b) {
  // Atomically subtract a number and return the *old* value
  if (atomic_fetch_sub_explicit(&b->count, 1, memory_order_acq_rel) == 1) {
    // Wake up all waiting threads as they're all at the barrier now
    for (int n = 0; n < b->maxcount - 1; n  = 1) {
      sem_post(&b->sem);
    }
  } else {
    sem_wait(&b->sem); // Actual barrier; wake for wakeup
  }
}

void* wait_func(void *vb) {
  struct barrier *b = vb;
  printf("Thread 0x%x before barrier.\n", (unsigned)pthread_self());
  barrier_wait(b);
  printf("Thread 0x%x after barrier.\n", (unsigned)pthread_self());
  return NULL;
}

#define NTHREADS 5
int main(void) {
  pthread_t threads[NTHREADS];
  struct barrier b;

  barrier_init(&b, NTHREADS);
  for (int n = 0; n < NTHREADS; n  = 1) {
    pthread_create(&threads[n], NULL, wait_func, &b);
  }
  for (int n = 0; n < NTHREADS; n  = 1) {
    pthread_join(threads[n], NULL);
  }
  barrier_destroy(&b);
  return 0;
}

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標籤:C 线程 信号 障碍

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