使用 Semaphors 在 C 中创建线程安全堆栈？

Question

我正在尝试创建一个使用信号量实现线程安全的堆栈。当我将单个对象推入堆栈时它可以工作，但是一旦我尝试将第二个项目推入堆栈或从堆栈中弹出一个项目，终端就会冻结。这就是我到目前为止所拥有的，并且不确定我在哪里搞砸了。一切正常，但终端只是如前所述冻结

这里是我创建堆栈的地方

sem_t selements, sspace;
pthread_mutex_t m = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

BlockingStack *new_BlockingStack(int max_size)
{
    sem_init(&selements, 0, 0);
    sem_init(&sspace, 0, max_size);

    BlockingStack *newBlockingStack = malloc(sizeof(BlockingStack));
    newBlockingStack->maxSize = max_size;
    newBlockingStack->stackTop = -1;
    newBlockingStack->element = malloc(max_size * sizeof(void *));

    if (newBlockingStack == NULL)
    {
        return NULL;
    }

    if (newBlockingStack->element == NULL)
    {
        free(newBlockingStack);
        return NULL;
    }

    return newBlockingStack;
}

这里是 Push 和 Pop：

bool BlockingStack_push(BlockingStack *this, void *element)
{
    sem_wait(&sspace);
    pthread_mutex_lock(&m);


    if (this->stackTop == this->maxSize - 1)
    {
        return false;
    }
    if (element == NULL)
    {
        return false;
    }
    this->element[++this->stackTop] = element;
    return true;

    pthread_mutex_unlock(&m);
    sem_post(&selements);

}

void *BlockingStack_pop(BlockingStack *this)
{
    sem_wait(&selements);
    pthread_mutex_lock(&m);

    if (this->stackTop == -1)
    {
        return NULL;
    }
    else
    {
        return this->element[this->stackTop--];
    }

    pthread_mutex_unlock(&m);
    sem_post(&sspace);
}

Answer 1

建议的更改：

sem_t sem;
...
BlockingStack *new_BlockingStack(int max_size)
{
    sem_init(&sem, 0, 1);
    ...

bool BlockingStack_push(BlockingStack *this, void *element)
{
    sem_wait(&sem);
    ...
    sem_post(&sem);
    ...

具体来说：

• 我只会初始化一个信号量对象，除非我确定我需要其他人

• 我会为 push() 和 pop() 使用 same 信号量

• pshared: 0 应该足以同步单个进程中的不同 pthread。

• 将信号量初始化为1，因为“push”或“pop”的第一件事就是sem_wait()。

Answer 2

为了线程安全，您已经使用了互斥锁 (pthread_mutex_lock(&m) and pthread_mutex_unlock(&m))。为此目的，使用这种互斥就足够了。一旦一个线程获得互斥锁，其他线程就会阻塞pthread_mutex_lock(&m) 调用。 并且只有当前获取互斥锁的线程才能调用pthread_mutex_unlock(&m)。

Answer 3

好的，我正在研究这个问题，并在做了一些互联网研究和调试我的代码后终于破解了答案。错误是 mutex_unlock 和 sem_post 必须在返回之前。

以我的流行音乐为例：

void *BlockingStack_pop(BlockingStack *this)
{
    sem_wait(&selements);
    pthread_mutex_lock(&m);

    if (this->stackTop == -1)
    {
        return NULL;
    }
    else
    {
        return this->element[this->stackTop--];
    }

    pthread_mutex_unlock(&m);
    sem_post(&sspace);
}

注意 pthread_mutex_unlock(&m); 和 sem_post(&sspace); 是如何出现在返回之后的，它们实际上必须像这样放置在每个返回之前：

void *BlockingStack_pop(BlockingStack *this)
{
...
    pthread_mutex_unlock(&m);
    sem_post(&sspace);
        return NULL;
...
        pthread_mutex_unlock(&m);
    sem_post(&sspace);
        return this->element[this->stackTop--];
...

}