pthread_mutex_wait 多个生产者和消费者

Question

我正在经历 this and this link。基本上，他们在讨论为什么经典的单线程生产者消费者设计（signal 和 wait 不适用于多生产者场景）。我有一个疑问一直困扰着我 -

作者提出的论点
考虑参考代码

char queue[MAX];  //global
int head = 0, tail = 0; //global
struct cv not_full, not_empty;
struct lock qlock;

void produce(char data) {
  acquire(&qlock);
  if ((head + 1) % MAX  ==  tail) {
    wait(&not_full, &qlock);   //line 1
  }
  queue[head] = data; //line 2
  head = (head + 1) % MAX;
  notify(&not_full);
  release(&qlock);
}

char consume(void) {
  acquire(&qlock);
  if (tail == head) {
    wait(&not_empty, &qlock);
  }
  e = queue[tail];
  tail = (tail + 1) % MAX;
  notify(&not_empty);
  release(&qlock);
  return e;
}

在上面的代码中，如果有两个生产者，line 1 将在两个生产者线程中由单个消费者（当队列未满时）woken up。所以两个生产者都可以添加到队列导致队列溢出。

我的疑惑
一个。我们用互斥锁保护队列。因此，即使 wait 在多个生产者线程上被唤醒，只有一个生产者仍然拥有互斥锁——因此从逻辑上讲，只有一个生产者 'owning' 有权添加到队列中。因为当我们从 wait 出来时，我们将获得互斥锁。

卡韦特
我使用 POSIX mutex,cond var 作为参考。但是，我没有看到以POSIX为参考标准写的文章。

问题
我对 wait 特别是 pthread_cond_wait 的理解是否正确？并且在多个生产者的情况下，代码的完整性仍然保持。

Answer 1

作者在其文章末尾 wait() 和 notify() 的语义 下提到

notify(cv) wakes up all threads that are currently waiting on that cv

所以你对等待的理解是不正确的，notify在posix中应该是pthread_cond_broadcast。

此外documentation of pthread_cond_signal规定

The pthread_cond_signal() call unblocks at least one of the threads that are blocked on the specified condition variable cond (if any threads are blocked on cond).

这仍然与您的 "only one producer" 假设不同。

如作者所示，上述代码的完整性无法与多个生产者保持一致。

编辑：

pseudocode of a condition variable wait 可能看起来像

void wait (condition *cv, mutex *mx) 
{
    mutex_acquire(&c->listLock);  /* protect the queue */
    enqueue (&c->next, &c->prev, thr_self()); /* enqueue */
    mutex_release (&c->listLock); /* we're done with the list */

    /* The suspend and release_mutex() operation should be atomic */
    release_mutex (mx));
    thr_suspend (self);  /* Sleep 'til someone wakes us */

    <-------- notify executes somewhere else

    mutex_acquire (mx); /* Woke up -- our turn, get resource lock */
    return;
}

在 signal 期间，队列中至少有一个处于 suspend 状态的线程被唤醒。但是pthread不保证只有一个。现在它们可以运行了。但是他们还是需要获取锁来保证彼此之间的互斥。

所以当第一个释放互斥锁时，第二个释放它，依此类推。

这意味着唤醒生产者将一个接一个地执行

queue[head] = data; //line 2
head = (head + 1) % MAX;
notify(&not_full);
release(&qlock);

pthread_mutex_wait 多个生产者和消费者

pthread_mutex_wait multiple producer and consumer

c++

multithreading

posix

pthreads

producer-consumer