山东大学-软件学院-操作系统课设-实验3 使用信号量解决N线程屏障问题

N线程屏障实现中的错误及解决策略

最新推荐文章于 2023-12-02 20:40:42 发布

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#学习 #c++

文章讨论了在实现线程屏障时遇到的问题，包括线程对临界资源count的并发访问导致的错误，以及在使用-rs选项时线程顺序输出的问题。解决方案包括添加临界区保护和通过增加关开中断次数来调整线程运行时间，以确保正确的线程同步。

完整的实验报告这里放不下，放在资源啦，大家可以去下载，不过主体内容大致就是下面这些~

N线程屏障的实现

首先按照“The Little Book of Semaphores”中3.6.4小节中的代码实现N线程屏障：

“The Little Book of Semaphores” 3.6.4小节：

“The Little Book of Semaphores” 3.6.4小节的代码实现：

·令随机数种子seed为1对上图中的代码实现进行测试(./nachos -rs 1)：

问题解决

⭐出现错误1：

如上图，有2个线程（线程8和9）均判定自己为最后一个到达的线程

⭐错误1原因：

count为临界资源，应当使用临界区进行保护，但是在“The Little Book of Semaphores” 3.6.4小节中，使用if判断本线程是否为最后一个到达的线程的时候，count被线程直接访问，并没有使用临界区进行保护。于是会有这样的情况出现（以上图为例，10作为允许所有线程继续执行之前，必须达到屏障的线程数目）：

如上图，8号线程在未到达使用if判断本线程是否为最后一个到达的线程时（即if(count==N_THREADS) {···}），就已经进行线程切换，切换到了9号线程。9号线程中count=count+1，count为10，满足屏障最大线程计数。此时又进行了一次线程切换，切换到8号线程。8号线程恢复现场，执行使用if判断本线程是否为最后一个到达的线程时（即if(count==N_THREADS) {···}），临界资源count没有临界区保护并且已经到达屏障最大线程计数，所以8号线程判断自己为最后一个线程。此时线程切换到9号线程，9号线程也判断自己为最后一个线程。出现错误。

⭐错误1导致的后续错误：

如果在判断得出本线程为最后一个到达的线程时，该线程需要对某内存地址进行操作。而在突破屏障以后，所有线程又需要对该内存地址进行访问。那么在多个线程都判断自己为最后一个到达的线程时，对该内存地址的操作就会出现错乱，从而导致后面所有线程对该内存地址的访问得到的值都是错误的。

⭐错误1解决：

在所有使用到了临界区资源的地方，都加上临界区进行保护。即在使用if判断本线程是否为最后一个到达的线程（if(count==N_THREADS) {···}）时，也加上临界区保护。如下图：