C++ 使用信号量而不是忙于等待答案

【问题标题】：C++ Using semaphores instead of busy waitingC++ 使用信号量而不是忙于等待
【发布时间】：2012-11-26 04:03:26
【问题描述】：

我正在尝试学习信号量和多线程。我正在使用的示例创建 1 到 t 个线程，每个线程指向下一个线程，最后一个线程指向第一个线程。该程序允许每个线程依次轮流，直到所有线程都轮流 n 轮。那是程序结束的时候。唯一的问题是在 tFunc 函数中，我正忙着等到轮到特定线程。我想知道如何使用信号量来让所有线程进入睡眠状态，并且只有在轮到它执行时才唤醒一个线程以提高效率。

int turn = 1;
int counter = 0;
int t, n;

struct tData {
        int me;
        int next;
};

void *tFunc(void *arg) {
        struct tData *data;
        data = (struct tData *) arg;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while (turn != data->me) {
        }
        counter++;
        turn = data->next;
    }
}

int main (int argc, char *argv[]) {
    t = atoi(argv[1]);
    n = atoi(argv[2]);
    struct tData td[t];
    pthread_t threads[t];
    int rc;

    for (int i = 1; i <= t; i++) {
        if (i == t) {
            td[i].me = i;
            td[i].next = 1;
        }
        else {
            td[i].me = i;
            td[i].next = i + 1;
        }
        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, tFunc, (void *)&td[i]);
        if (rc) {
            cout << "Error: Unable to create thread, " << rc << endl;
            exit(-1);
        }
    }
    for (int i = 1; i <= t; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

【问题讨论】：

while (turn != data->me) {} ??
C++ 数组从零开始 - for (int i = 1; i <= t; i++) 将超出数组边界。
它只是循环直到轮到它。我只在网上找到了简单的信号量示例并尝试实现它......但我认为我需要多个信号量，现在我迷失了如何实现它。
嗯...我刚刚意识到它确实超出了界限，但由于某种原因它仍然可以编译并运行良好...
看看stackoverflow.com/questions/9488185/…

标签： c++ multithreading pthreads posix semaphore

【解决方案1】：

使用互斥锁和条件变量。这是一个工作示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int turn = 1;
int counter = 0;
int t, n;

struct tData {
        int me;
        int next;
};

pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;

void *tFunc(void *arg)
{
    struct tData *data;
    data = (struct tData *) arg;
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        while (turn != data->me)
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        counter++;
        turn = data->next;
        printf("%d goes (turn %d of %d), %d next\n", data->me, i+1, n, turn);
        pthread_cond_broadcast(&cond);
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

int main (int argc, char *argv[]) {
    t = atoi(argv[1]);
    n = atoi(argv[2]);
    struct tData td[t + 1];
    pthread_t threads[t + 1];
    int rc;

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond, NULL);

    for (int i = 1; i <= t; i++)
    {
        td[i].me = i;
        if (i == t)
            td[i].next = 1;
        else
            td[i].next = i + 1;

        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, tFunc, (void *)&td[i]);
        if (rc)
        {
            printf("Error: Unable to create thread: %d\n", rc);
            exit(-1);
        }
    }
    void *ret;
    for (int i = 1; i <= t; i++)
        pthread_join(threads[i], &ret);
}

【讨论】：

【解决方案2】：

使用N+1 信号量。启动时，线程i 等待信号量i。醒来时“轮到and signals semaphorei + 1`。

主线程产生N，线程，信号量0并等待信号量N。

伪代码：

sem s[N+1];

thread_proc (i):
  repeat N:
      wait (s [i])
      do_work ()
      signal (s [i+1])

main():
  for i in 0 .. N:
    spawn (thread_proc, i)

  repeat N:    
      signal (s [0]);
      wait (s [N]);

【讨论】：

【解决方案3】：

每个线程有一个信号量。在其信号量上设置每个线程 wait，如果 sem_wait 返回 EINTR，则重试。一旦它完成了它的工作，让它post 到下一个线程的信号量。这通过一次只唤醒一个线程来避免 David 的解决方案的“雷鸣般的羊群”行为。

还要注意，由于您的信号量永远不会有大于 1 的值，因此您可以为此使用 pthread_mutex_t。

【讨论】：