多线程程序练习

Question

我目前正在开发一个多线程程序来代表一个有 n 个学生的 TA。当学生到达时，他们必须坐在走廊的椅子上（有 3 把椅子可用 + TA 办公室有 1 把椅子）。如果没有更多的椅子，他们必须回家等待。

这是我的代码：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdbool.h>
#include <semaphore.h>

pthread_mutex_t mutex; /* mutex lock */
sem_t studentSem;
sem_t taSem;

int chairs = 1;

void *student(void *param);
void *ta(void *param);

int main(int argc, char* argv[]){
  if(argc!=2){
    fprintf(stderr, "Un nombre d'etudiant est requis en paramètre\n");
    return -1;
  }

  if(atoi(argv[1])<0){
      fprintf(stderr, "Un nombre d'etudiant >= 0 est requis\n");
      return -1;
  }else{
    int numStudents = atoi(argv[1]);
    int numThreads = numStudents + 1; /* n etudiant + 1 TA */

    pthread_t tid[numThreads]; /* thread ID */
    pthread_attr_t attr; /* thread attributes */

    sem_init(&studentSem, 0, 1);
    sem_init(&taSem, 0, 0); /* 0 car TA attend etudiant */

    pthread_attr_init(&attr);

    int i = 0;
    pthread_create(&tid[i], &attr, ta, NULL); /*creer le TA*/

    for (i = 1; i < numThreads; i++){
      pthread_create(&tid[i], &attr, student, (void*)i); /*creer etudiant*/
    }

    for (i = 0; i < numThreads; i++){
      pthread_join(tid[i], NULL);
    }
  }
  return 0;

} /*fin du main*/

void *ta (void *param){ /*le thread pour TA*/
  while(ta){
    sem_post(&studentSem);
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    chairs--;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    printf("helping students\n");
    sleep(rand()%(1+3));
    sem_wait(&taSem);
  }
}

void *student(void *param){
  int *t;
  t = (int *)param;

  while(student){
    if(chairs < 4){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }
  }
}

我的问题是我无法让它正常工作。当我在 UNIX 上使用“sleepingTA 5”运行程序时，它给了我以下结果：

1 is sitting down
1 is sitting down
1 is sitting down
1 is sitting down
2 is sitting down
3 is going home
4 is going home
5 is going home
5 is going home 
1 is going home
1 is sitting down
...

循环总是无限工作。我不知道如何改变它，所以在得到帮助后，学生离开了......（不像回来的＃1）。

另外，我需要学生只坐一次，而不是连续多次（比如 1 次），我需要学生回家一次，而不是连续多次（比如 5 次）...

Answer 1

代码完全没有实现任何错误检查。如果它会测试相关库调用的结果，您会注意到（至少）所有pthread_mutex*() 调用都失败了，因为传入的互斥变量从未被初始化。

解决此问题的最简单方法是使用如下初始化程序：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

或者，代码可以在启动时初始化互斥锁：

#include <errno.h> /* for errno */

...

int main(int argc, char* argv[])
{
  if (0 != (errno = pthread_mutex_init(&mutex, NULL)))
  {
    perror("pthread_mutex_init() failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  ....

Answer 2

不是完整的答案，而是...：

在进入临界区之前，您正在检查椅子的数量。

这意味着当您输入lock 时，chairs 中的数据可能不再有效。

  while(student){
    if(chairs < 4){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }

我认为你需要在 if 语句之前输入锁。此外，您需要在完成后退出线程（或将student 设置为0）。

  while(student){
      pthread_mutex_lock(&mutex);         /* protects chairs */
    if(chairs < 4){
      chairs++;                           /* incrementer chairs car etudiant prend cette chaise */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is sitting down\n", t);
      sem_post(&taSem);                   /* etudiant signal le TA pour demander de l'aide */
      sem_wait(&studentSem);              /* etudiant attend jusqua temps que TA l'aide et peut ensuite partir */
      pthread_exit(0);              /* finish when you're done */

    } else {  /* no chairs available, so the student "goes home" */
      pthread_mutex_unlock(&mutex);       /* releases mutex lock */
      printf("%i is going home\n", t);
      sleep(rand()%(1+5)); /* sleeps a random amount of time */
    }

另一件事是第一个i == 0...您可能希望使用i+1 来避免0 值作为学生标识符：

 pthread_create(&tid[i], &attr, student, (void*)(i+1));

附言

您可能想为助教使用不同的mutex，所以坐在椅子上的可能是pthread_mutex_lock(&TA_lock);，所以学生在助教可用的那一刻就去助教...

...但是，这种方法的问题是该行未定义（未按特定顺序选择等待的学生）...您可能希望对椅子使用数组/bin-tree 和让 TA 处理队列，让学生使用另一个循环，用互斥锁保护 bin-tree/array。

Answer 3

while(student){ in void *student(void *param) 中的这一行在做什么？