C/Linux：在线程之间交替答案

【问题标题】：C/Linux: Alternating between threadsC/Linux：在线程之间交替
【发布时间】：2020-04-17 11:20:43
【问题描述】：

所以我有这个代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>

#define nr_threads 3
sem_t semaphores[nr_threads];
typedef struct {
    int id;
    char *word;
}th_struct;

void *thread_function(void *arg)
{
    th_struct *th_data = (th_struct *) arg; 

    sem_wait(&semaphores[th_data->id]);
        printf("[thread#%d] %s\n", th_data->id, th_data->word);
    sem_post(&semaphores[th_data->id + 1]);
    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t tid[nr_threads];
    th_struct th_data[nr_threads];

    for(int i = 0; i < nr_threads; i++){
        if (sem_init(&semaphores[i], 0, 1) != 0){
            perror("Could not init semaphore");
            return -1;
        }
    }

    sem_post(&semaphores[0]);

    for(int i = 0; i < nr_threads; i++){
        th_data[i].id = i;
        th_data[i].word = argv[i + 1];
        pthread_create(&tid[i], NULL, thread_function, &th_data[i]);
    }

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

    for(int i = 0; i < nr_threads; i++)
        sem_destroy(&semaphores[i]);

    return 0;
}

我从命令行给出三个单词，例如“一二三”，每个线程打印一个单词，同步，这样顺序总是正确的。

我是线程和信号量的新手，我的大脑目前习惯于 sem_wait(sem) 和 sem_post(sem) 之后，其中 sem 是同一个信号量。我要问的是对这段代码为什么工作以及它是如何工作的完整解释。为什么用 0 权限初始化信号量？为什么会有 sem_post(first_semaphore)？我很困惑。

【问题讨论】：

标签： c linux multithreading synchronization

【解决方案1】：

首先，该代码中有一个错误......

完成工作后，每个线程无条件地调用下一个线程的信号量上的sem_post()。因此，第三个线程会尝试访问不存在的semaphores[3]。

现在发生了什么（假设错误不存在）是这样的：

创建并初始化 3 个信号量，以便立即锁定它们
创建了3个线程，每个线程调用sem_wait()并阻塞（因为信号量被初始化为0）
在一个线程完成它的工作后，它在下一个信号量上调用sem_post()，然后从sem_wait()返回

这是基本的想法，但要让它运行，需要有人为第一个信号量调用sem_post()。这就是为什么 main() 中有 sem_post(&semaphores[0]) 的原因。

【讨论】：

【解决方案2】：

注意：这是一个较长的评论，而不是完整的答案。

我喜欢将信号量视为无信息令牌的阻塞队列。信号量的 count 是队列中的令牌数。

从这个角度来看，你程序中的主线程创建了一个单一的令牌（从无到有，因为令牌什么都没有），并通过调用 sem_post(&semaphores[0]); 将令牌交给第一个工作线程.

第一个工作人员在从其输入队列中获取令牌后能够完成其工作（即，当sem_wait(&semaphores[th_data->id]); 返回时。完成工作后，它将令牌交给下一个线程：sem_post(&semaphores[th_data->id + 1]);

【讨论】：