POSIX Thread相关

1. 关于pthread_cond系列函数

pthread_cond_wait的参数里有一个mutex，其作用往往令人费解。

最近在考察OpenMAX系统发现这一部分的实现可能导致较大的风险。

一般而言有了这个mutex以后对于cond实现一些增强的特性就比较方便。

例如，如果要将cond用作semaphore，以下代码应该能起作用:

1. sem_down(sem)
2. {
3.     pthread_mutex_lock(sem->mutex);
4.     // critical section  
5.     sem->count--;
6.     if (sem->count < 0)
7.     {
8.         pthread_cond_wait(sem->cond, sem->mutex);    // the mutex is unlocked once the thread gets blocked
9.         // mutex is locked and owned by the current thread again after it is scheduled to run when unblocked
10.     }
11.     pthread_mutex_unlock(sem->mutex)
12. }
14. sem_up(sem)
15. {
16.     pthread_mutex_lock(sem->mutex);    // absence of this mutex acquisition may cause severe error
17.     sem->count++;
18.     pthread_cond_signal(sem->cond);
19.     pthread_mutex_unlock(sem->mutex)
20. }

这样cond和count的操作被完全保护（原子化），同时由于pthread_cond_wait在cond阻塞情况下自动释放mutex又不至于导致死锁。

但是其前提条件是底层的OS正确地实现这几个POSIX接口的意图（这不是必然的）。否则需要通过时序的分析确定可能造成的问题。

注意在sem_up中如果不做互斥量保护则在如下情况下发生错误：

线程A阻塞在pthread_cond_wait，sem->count计数为-1；

线程B进入sem_down，并执行完成sem->count--后，调度到线程C；

线程C进入sem_up，执行sem->count++，和pthread_cond_signal，使得sem->count计数变为0，同时线程A被激活；

这样线程A可获得mutex并从sem_down返回；

线程B条件判断不成立不被阻塞，亦返回。但显然在这个序列中应该至少有一个线程被阻塞。（按理想顺序应该B被阻塞）

 

由于posix规定中关于pthread_cond_signal触发的说明是至少释放一个阻塞，于是存在同时释放多个阻塞的情形。如下代码也许可以解决这个问题：

1. sem_down(sem)
2. {
3.     pthread_mutex_lock(sem->mutex);
4.     // critical section   
5.     sem->count--;
7.     if (sem->count < 0)
8.     {
9. _again:
10.         sem->nblocked++;    // count the number of blocked threads   
11.         pthread_cond_wait(sem->cond, sem->mutex); 
12.         sem->nblocked--;
13.         if (sem->nblocked + sem->count < 0)
14.         {    // this thread is not ready to be unblocked
15.             goto _again;
16.         }
17.     }
18.     pthread_mutex_unlock(sem->mutex);
19. }

如果count不记录被阻塞的线程个数，以下方案很理想：

1. sem_down(sem)
2. {
3.     pthread_mutex_lock(sem->mutex);
4.     // critical section    
6.     while(sem->count == 0)
7.     {
8.         pthread_cond_wait(sem->cond, sem->mutex); 
9.     }
10.     sem->count--;
12.     pthread_mutex_unlock(sem->mutex);
13. }