从C中的两个线程访问变量答案

【问题标题】：Accessing variable from two threads in C从C中的两个线程访问变量
【发布时间】：2014-09-02 08:51:16
【问题描述】：

我有以下代码：

int attempts = 0;
while(ptr== NULL && attempts < 60) {
        sleep(1000);
        attempts++;
    }

不断循环等待指针被另一个线程设置。另一个线程会简单地做

ptr = //some value

我的问题是，这安全吗？这是否会导致任何内存损坏，从而导致以后难以调试错误情况？

P.S：我知道由于缺少 volatile 关键字，编译器可能会优化 ptr。这对我来说并不重要。我只关心这是否会对代码的其他不相关部分造成问题。

【问题讨论】：

考虑使用原子操作，如本参考en.cppreference.com/w/c/atomic 中所述，它是在 C11 规范中引入的。 atomic_compare_exchange_strong是你循环中需要的。
看起来很安全，赋值操作是原子的。但是，这种方法并不明智，如果在 sleep() 中，ptr 被更改为某个值并再次变回 NULL 怎么办？
@someuser：它并不总是安全的。取决于处理器（及其与其他内核的缓存一致性机制）和对齐方式（某些处理器可以加载未对齐的数据，但这种加载不是原子的）。
@BasileStarynkevitch 我同意比较，可能会出错，但这怎么会导致崩溃？我不明白缓存一致性和对齐的意义
@jogabonito 考虑编译器是否优化ptr 与NULL 的比较，方法是减少ptr，测试高位，然后增加ptr 以恢复它。如果对 ptr 的更改介于这些操作之间，ptr 将关闭 1 并且取消引用它可能会崩溃。

标签： c multithreading thread-safety

【解决方案1】：

这个问题无法按要求回答。 C 语言不支持线程。因此，如果您有线程，您将获得一些标准或库的支持，这些标准或库必须记录什么是安全的，什么不是。最有可能的是，线程标准说在一个线程上修改一个对象，而另一个线程正在或可能正在访问它是未定义的行为。在那种情况下，它肯定是不安全的。但是你需要检查你编码的特定标准。

顺便说一句，您无法通过测试来确定它是否安全。它可能看起来很安全，或者看起来像您在测试中所期望的那样，然后由于不同的操作系统版本、不同的 CPU、不同的编译器选项、不同的 BIOS 设置甚至只是因为运气不好而失败。

【讨论】：

【解决方案2】：

至少，ptr 可以声明为 volatile ；但这是not 足够了。你真的想要atomic 操作。使用C11，您将拥有<stdatomic.h> 标准标题。最近的 GCC 有你应该使用的 atomic builtins。您的ptr 的访问和写入（在“您的其他线程”中）都应该是原子的！

实际上（不使用原子操作）您会观察到的行为是undefined behavior，并且可能会有很大差异（使用不同的处理器、不同的编译器等...）。

^{遗憾的是，在许多 x86 处理器上，您可能没有注意到 UB}

您需要编译器通过发出特定的机器指令来强制/使用cache coherence。

您还可以将condition variables 与互斥锁一起使用，或者使用一些semaphore。

如果您的目标处理器支持，您可以考虑使用最近的GCC（至少 4.9）和-fsanitize=thread 和/或-fsanitize=address（用于调试）进行编译。

顺便说一句，您的内存损坏可能完全不相关。您可以考虑使用many platforms 支持的valgrind（最好使用-g 编译您的程序，如果您愿意，可以尝试使用gcc -O1 -g 编译）。

我还建议使用最新的工具（最新版本 4.9 的 GCC -in 2014 年 9 月-、最新的 binutils、最新的 gdb、最新的 libc、最新的内核......）

【讨论】：

没有太多的答案或解释（但它是一个很好的选择）。请详细说明。 OP 需要了解原因。
我的问题是代码是否会导致任何未定义的行为。由于缺少 volatile 关键字，编译器可能优化 ptr 的事实对我来说并不重要。
是的，你的代码会导致 UB，但在大多数 x86 机器上你可能不会注意到它......
IIRC Postgresql 有一个类似的错误，它只出现在非 x86 机器上。但我现在找不到任何参考资料！
糟糕的答案。既然volatile既非必要也不充分，那么使用它有什么意义呢？

【解决方案3】：

据我所知，没有。它不安全，可能导致读取不一致。最好的方法是使用互斥锁或二进制信号量来保护变量 ptr。检查 mutex.h 中的互斥函数（例如 mutex_init、mutex_lock、mutex_unlock 等）。

【讨论】：