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我正在为我的操作系统课程做一个关于信号量和同步的练习（见下面的粗体文本）。练习的文本是这样的：

Pthread 信号量和互斥量

C 程序 gen_binary_numbers.c 在命令行上接收一个整数 n，并使用递归生成并显示所有 n 位的二进制数。将递归程序转换为并发程序，将递归过程替换为生成适当数量的显示二进制数（以任何顺序）的进程。

这是我的代码，实际上：

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

int num, r, c;
pthread_mutex_t mutex;
void *genBin(void *arg);

int main (int argc, char **argv) {
  if (argc != 2) {
    fprintf(stdout, "\nUSAGE: %s <n>\n\n", argv[0]);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  int i;
  num = atoi(argv[1]);
  c = num;
  r = 2;
  for (i=1; i<num; i++) {
    r=r*2;
  }

  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  pthread_t* p;
  p = malloc(r*sizeof(pthread_t));

  for (i=0;i<r;i++) {
    if (pthread_create(&p[i], NULL, genBin, &i)) {
      fprintf(stderr, "Error creating thread.\n");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  }
  pthread_exit(0);
}

void *genBin (void *arg) {
  int x;
  int i=0;
  x = *((int*)arg);

  pthread_mutex_lock(&mutex);

  while (i<num) {
    if(x!=0) {
      fprintf(stdout, "%d", x%2);
    }
    else {
      fprintf(stdout, "0");
    }
    i++;
    x/=2;
  }
  fprintf(stdout, "\n");
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  pthread_exit(0);
}

我认为代码应该返回正确的解决方案，但有时输出不会返回正确的数字。

正确输出示例：

./genBin 3
100
101
010
110
001
011
111
000

错误输出示例（由于重复）：

./genBin 3
110
110
110
001
011
111
111
000

我认为问题在于互斥锁和printf之间的同步。是否有替代解决方案来避免混淆结果？

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3 回答 3

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问题出在这部分：

  for (i=0;i<r;i++) {
    if (pthread_create(&p[i], NULL, genBin, &i)) {
      fprintf(stderr, "Error creating thread.\n");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  }

存在数据竞争，因为您将地址传递i给所有线程。您可以使用临时数组将单个数字传递给每个线程。

于 2016-12-30T16:30:17.967 回答
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您的代码包含竞争条件。在 main 中，您将迭代变量的地址i作为线程函数的参数传递。i然后每个新线程与主线程竞争以在主线程递增之前读取（通过提供的指针）的值。解决该问题的一种方法是使用信号量使主线程在创建每个线程后等待，直到该线程取消引用其参数。

另外，我认为您不需要在genBin(). 它访问的唯一共享数据是stdout、 via fprintf()，并且该函数的运行就像它锁定了与指定流相关联的独占锁。此外，使用互斥锁，您基本上不会获得实际的并发性，因为每个线程几乎在其执行的整个持续时间内都将互斥锁锁定。

于 2016-12-30T16:30:28.970 回答
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谢谢大家！你解决了我的问题。这是更正后的代码：

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

int num, r, c;
pthread_mutex_t mutex;
void *genBin(void *arg);

int main (int argc, char **argv) {
  if (argc != 2) {
    fprintf(stdout, "\nUSAGE: %s <n>\n\n", argv[0]);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  int i;
  int *temp;
  num = atoi(argv[1]);
  c = num;
  r = 2;
  for (i=1; i<num; i++) {
    r=r*2;
  }

  temp = malloc(r*sizeof(int));
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  pthread_t* p;
  p = malloc(r*sizeof(pthread_t));

  for (i=0;i<r;i++) {
    temp[i] = i;  
  }

  for (i=0;i<r;i++) {
    if (pthread_create(&p[i], NULL, genBin, &temp[i])) {
      fprintf(stderr, "Error creating thread.\n");
      exit(EXIT_FAILURE);

    }
  }

  for (i=0;i<r;i++) {
    if (pthread_join(p[i], NULL)) {
      fprintf(stderr, "Error creating thread.\n");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  }

  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  free(temp);
  free(p);
  pthread_exit(0);
}

void *genBin (void *arg) {
  int x;
  int i=0;
  int *v;
  v = malloc(num*sizeof(int));
  x = *((int*)arg);

  for (i=0; i<num; i++) {
    v[i] = x%2;
    x/=2;
  }

  pthread_mutex_lock(&mutex);
  for (i=0; i<num; i++) {
    fprintf(stdout, "%d", v[i]);
  }
  fprintf(stdout, "\n");
  pthread_mutex_unlock(&mutex);

  free(v);
  pthread_exit(0);
}
于 2016-12-30T16:55:35.490 回答