多线程 C Lua 模块导致 Lua 脚本中的段错误

Question

我为 Lua 编写了一个非常简单的 C 库，它由一个启动线程的函数组成，所述线程除了循环之外什么都不做：

#include "lua.h"
#include "lauxlib.h"
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_t handle;
void* mythread(void* args)
{
    printf("In the thread !\n");
    while(1);
    pthread_exit(NULL);
}

int start_mythread()
{
    return pthread_create(&handle, NULL, mythread, NULL);
}

int start_mythread_lua(lua_State* L)
{
    lua_pushnumber(L, start_mythread());
    return 1;
}

static const luaL_Reg testlib[] = {
    {"start_mythread", start_mythread_lua},
    {NULL, NULL}
};

int luaopen_test(lua_State* L)
{
/*
    //for lua 5.2
    luaL_newlib(L, testlib);
    lua_setglobal(L, "test");
*/
    luaL_register(L, "test", testlib);
    return 1;
}

现在，如果我编写一个非常简单的 Lua 脚本就可以了：

require("test")
test.start_mythread()

使用lua myscript.lua 运行脚本有时会导致段错误。以下是 GDB 对核心转储的评价：

Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
#0  0xb778b75c in ?? ()
(gdb) thread apply all bt

Thread 2 (Thread 0xb751c940 (LWP 29078)):
#0  0xb75b3715 in _int_free () at malloc.c:4087
#1  0x08058ab9 in l_alloc ()
#2  0x080513a2 in luaM_realloc_ ()
#3  0x0805047b in sweeplist ()
#4  0x080510ef in luaC_freeall ()
#5  0x080545db in close_state ()
#6  0x0804acba in main () at lua.c:389

Thread 1 (Thread 0xb74efb40 (LWP 29080)):
#0  0xb778b75c in ?? ()
#1  0xb74f6efb in start_thread () from /lib/i386-linux-gnu/i686/cmov/libpthread.so.0
#2  0xb7629dfe in clone () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/i386/clone.S:129

主线程的堆栈不时有一些变化。
似乎 start_thread 函数想要跳转到有时恰好属于无法访问的内存的给定地址（在本例中为 b778b75c）。
编辑
我也有一个 valgrind 输出：

==642== Memcheck, a memory error detector
==642== Copyright (C) 2002-2013, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==642== Using Valgrind-3.10.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==642== Command: lua5.1 go.lua
==642== 
In the thread !
In the thread !
==642== Thread 2:
==642== Jump to the invalid address stated on the next line
==642==    at 0x403677C: ???
==642==    by 0x46BEEFA: start_thread (pthread_create.c:309)
==642==    by 0x41C1DFD: clone (clone.S:129)
==642==  Address 0x403677c is not stack'd, malloc'd or (recently) free'd
==642== 
==642== 
==642== Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV): dumping core
==642==  Access not within mapped region at address 0x403677C
==642==    at 0x403677C: ???
==642==    by 0x46BEEFA: start_thread (pthread_create.c:309)
==642==    by 0x41C1DFD: clone (clone.S:129)
==642==  If you believe this happened as a result of a stack
==642==  overflow in your program's main thread (unlikely but
==642==  possible), you can try to increase the size of the
==642==  main thread stack using the --main-stacksize= flag.
==642==  The main thread stack size used in this run was 8388608.
==642== 
==642== HEAP SUMMARY:
==642==     in use at exit: 1,296 bytes in 6 blocks
==642==   total heap usage: 515 allocs, 509 frees, 31,750 bytes allocated
==642== 
==642== LEAK SUMMARY:
==642==    definitely lost: 0 bytes in 0 blocks
==642==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==642==      possibly lost: 136 bytes in 1 blocks
==642==    still reachable: 1,160 bytes in 5 blocks
==642==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==642== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory
==642== 
==642== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==642== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)
Killed

但是，到目前为止，我一直很好，只需打开 lua 解释器并一个接一个地手动输入相同的指令。
另外，一个 C 程序做同样的事情，使用相同的库：

int start_mythread();

int main()
{
    int ret = start_mythread();
    return ret;
}

应该如此，在我的测试中从未失败过。
我已经尝试过 Lua 5.1 和 5.2，但无济于事。
编辑： 我应该指出我在运行 32 位 Debian Wheezy (Linux 3.2) 的单核 eeePC 上测试了这个。
我刚刚在我的主机（4 核 64 位 Arch linux）上再次进行了测试，并使用lua myscript.lua segfaults 每次启动脚本... 从解释器提示符输入命令可以正常工作，以及上面的 C 程序。

我首先编写这个小库的原因是因为我正在编写一个更大的库，我首先遇到了这个问题。经过数小时徒劳的调试，包括一个一个地删除每个共享结构/变量（是的，我是那么绝望），我已经归结为这段代码。
所以，我的猜测是我在 Lua 上做错了什么，但那可能是什么？我已经尽可能多地搜索了这个问题，但我发现大多数人在从多个线程中使用 Lua API 时遇到问题（这不是我在这里想要做的）。
如果您有任何想法，我们将不胜感激。

编辑
更准确地说，我想知道在编写用于 Lua 脚本的 C 库时是否应该对线程采取额外的预防措施。 Lua 需要在动态加载库中创建的线程在“卸载”库时终止吗？

Answer 1

为什么 Lua 模块会出现 Segfault？

您的 Lua 脚本在线程完成之前退出，这会导致段错误。 Lua 模块在解释器正常关闭期间使用dlclose() 卸载，因此线程的指令从内存中删除，并在读取下一条指令时出现段错误。

有哪些选择？

在卸载模块之前停止线程的任何解决方案都可以工作。在主线程中使用pthread_join() 将等待线程完成（您可能希望使用pthread_cancel() 终止长时间运行的线程）。在卸载模块之前在主线程中调用pthread_exit() 也可以防止崩溃（因为它会阻止dlclose()），但它也会中止Lua 解释器的正常清理/关闭过程。

以下是一些有效的示例：

int pexit(lua_State* L) {
   pthread_exit(NULL);
   return 0; 
} 

int join(lua_State* L)
{
  pthread_join(handle, NULL);
  return 0;
}

static const luaL_Reg testlib[] = {
    {"start_mythread", start_mythread_lua},
    {"join", join},
    {"exit", pexit},
    {NULL, NULL}
};

void* mythread(void* args) {
  int i, j, k;
    printf("In the thread !\n");
    for (i = 0; i < 10000; ++i) {
      for (j = 0; j < 10000; ++j) {
        for (k = 0; k < 10; ++k) {
          pow(1, i);
        }
      }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

现在脚本将很好地退出：

require('test')
test.start_mythread()
print("launched thread")
test.join() -- or test.exit()
print("thread joined")

要自动执行此操作，您可以绑定到垃圾收集器，因为模块中的所有对象都在卸载共享对象之前被释放。 （正如大狼建议的那样）

Discussion on calling pthread_exit() from main(): 如果 main() 在它产生的线程之前完成，则存在一定的问题，如果 您没有明确调用 pthread_exit()。它的所有线程 created 将终止，因为 main() 已完成且不再存在 支持线程。通过让 main() 显式调用 pthread_exit() 作为它做的最后一件事，main() 将阻塞并保持活动状态 支持它创建的线程，直到它们完成。

（这句话有点误导：从main() 返回大致相当于调用exit()，这将退出包括所有正在运行的线程的进程。这可能是也可能不是您想要的行为。另一方面，在主线程中调用pthread_exit() 将退出主线程但保持所有其他线程运行，直到它们自行停止或其他人杀死它们。同样，这可能是也可能不是你想要的行为。有没问题，除非你为你的用例选择了错误的选项。）

Answer 2

所以，看来我确实必须确保在 Lua 卸载我的库时我的所有线程都已完成。

解决方案

我可以设置一个在卸载库时调用的清理函数。
在这个函数中，我可以确保我的 lib 启动的所有线程都已终止。如果我有仍在运行的分离线程，从它调用pthread_exit 可能很容易，但我不确定它有多安全/干净，因为它会突然中断 Lua...
无论如何，我可以通过创建一个将__gc 字段设置为我的清理函数的元表来实现这一点，然后将此元表影响到 Lua 5.2 中我的 lib 表。

int cleanup(lua_State* L)
{
    /*Do the cleaning*/
    return 0;
}

int luaopen_test(lua_State* L)
{
    //for lua 5.2
    //metatable with cleanup method for the lib
    luaL_newmetatable(L, "test.cleanup");
    //set our cleanup method as the __gc callback
    lua_pushstring(L, "__gc");
    lua_pushcfunction(L, cleanup);
    lua_settable(L, -3);
    //open our test lib
    luaL_newlib(L, testlib);
    //associate it with our metatable
    luaL_setmetatable(L, "test.cleanup");

    return 1;
}

在 Lua 5.1 中，__gc 选项仅适用于用户数据。有几种解决方案可以让它在我的情况下工作：
- Lua shutdown/End of the program execution callback
- http://lua-users.org/wiki/LuaFaq（请参阅“为什么 __gc 和 __len 元方法不能在表上工作？”）
- Greatwolf 的解决方案是让全局对象附有所述元表。