网络编程（37）—— 线程访问的临界区是怎么形成的

        本文主要讨论多线程访问中临界区形成的问题，从本质上讲，临界区的形成是在多线程中，不同的线程访问和操作同一片内存，而形成的。在具体分析之前，我们先来看一个多线程的列子：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
int num=0;
void* pthread_main1()
{
    int i=0;
    for(i=0;i<1000000000;i++)
    {
         num++;
    }
}

void* pthread_main2()
{
    int i=0;
    for(i=0;i<1000000000;i++)
    {
        num--;
    } 
}
int main()
{
    int i=0;
    pthread_t pid[2];
    pthread_create((void*)&(pid[0]),NULL,(void*)pthread_main1,NULL);
    pthread_create((void*)&(pid[1]),NULL,(void*)pthread_main2,NULL);
    for(i=0;i<2;i++)
    {
        pthread_join(pid[i],NULL);
    }
    printf("%d\n",num);
    return 0;
}

        我们分别定义了两个线程函数pthread_main1和pthread_main2，在函数中分别对全局变量num进行++和--操作，且操作次数一致，num的初始值是0，最后在主函数中打印结果时，num的值会不会变成0呢？
       答案肯定是不会，因为有临界区的存在，我们先来看下运行的结果：

[Hyman@Hyman-PC multithread]$ gcc ts3.c -D_REENTRANT -lpthread
[Hyman@Hyman-PC multithread]$ ./a.out 
-507431
[Hyman@Hyman-PC multithread]$ 

        下面我们就根据这个例子来分析下临界区的产生过程。首先，我们先分析下在线程函数中num++和num--过程中，因为++和--在操作过程中表现是一样的，所以以++为例进行分析：
 第一步，num是存放在内存的全局数据段中的，++操作时操作系统先把num的值存放到CPU的寄存器中。
第二步，CPU负责计算，将num的值加1.
第三步，操作系统又把寄存器已经加1的值写会到num所在的内存中。
        我们期望的方式是在线程1中上述三步全部完成后，再执行线程2中num--的操作，这样最后得到的结果就会是期望值0。
但事实时，也许执行到第一步或者第二步的时候就开始执行num--的操作了。比如：num的初始值是0，当执行到num++的第二步时，num将要被执行第三步变成1之前，线程2开始执行num--的代码，而且执行完成了num--的三个步骤，此时num变成了-1，而这时开始执行num++的第三步，将寄存器中的1写入到了num的内存中，显然现在num又变成1。在分别执行num++和num--之后，num变成了1，显然这并不是我们期望的。
        这就是临界区的形成，它不是变量num，而是一段代码num++和num--。让我们再总结一下，它的形成条件：
1、多个线程同时访问一片内存，并企图修改这片内存（在例子里就是num所在的内存）。

2、修改片内存是通过多步骤的操作完成的（实际上这是必然存在的条件，因为我们只要想修改这片内存的内容，操作系统就会分步骤完成，不会一蹴而就）。

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