Windows关键部分的公平性

Question

我对使用EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection方法在Windows上关键部分的公平性存在疑问。 MSDN文档指定：“无法保证线程获得关键部分所有权的顺序，但是，该系统对所有线程都是公平的。” 问题出在我写的一个应用程序上，该应用程序阻塞了一些线程，即使经过很长时间，这些线程也从未进入关键部分。 所以我用一个简单的c程序进行了一些测试，以验证这种行为，但是当您有许多线程并且等待一些时间时，我注意到了奇怪的结果。 这是测试程序的代码：

CRITICAL_SECTION CriticalSection;

DWORD WINAPI ThreadFunc(void* data) {
  int me;
  int i,c = 0;;
  me = *(int *) data;
  printf(" %d started\n",me);
  for (i=0; i < 10000; i++) {
     EnterCriticalSection(&CriticalSection);
     printf(" %d Trying to connect (%d)\n",me,c);
     if(i!=3 && i!=4 && i!=5)
         Sleep(500);
     else
         Sleep(10);
    LeaveCriticalSection(&CriticalSection);
     c++;
     Sleep(500);
  }
  return 0;
}

int main() {
  int i;
  int a[20];
  HANDLE thread[20];

  InitializeCriticalSection(&CriticalSection);
  for (i=0; i<20; i++) {
        a[i] = i;
        thread[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID) &a[i], 0, NULL);
  }
}

结果是，某些线程被阻塞了许多个周期，而另一些线​​程则经常进入关键部分。 我还注意到，如果您更改了更快的“睡眠”（即10毫秒），则一切可能恢复正常，但我没有发现睡眠时间与公平之间有任何联系。 但是，这个测试示例比我的实际应用程序代码要好得多，后者要复杂得多，并且实际上显示了某些线程的饥饿。 为了确保饥饿的线程仍然存在并且可以正常工作，我进行了一个测试（在我的应用程序中），在该测试中，我在关键部分输入5次后杀死线程：结果是最后每个线程都进入了，所以我确保它们都还活着并在互斥锁上被阻止。 我是否必须假设Windows确实与线程不公平？ 您知道这个问题的解决方案吗？

编辑：带有pthreads的linux中的相同代码，按预期工作（没有线程饥饿）。

EDIT2：我找到了一个可行的解决方案，使用CONDITION_VARIABLE强制公平。 可以从此帖子（ 链接 ）推断出该内容，并进行必要的修改。

Answer 1

由于关键部分举行了很长时间，因此您将在这里仍然遇到饥饿问题。
我认为MSDN可能暗示调度程序在唤醒线程方面是公平的，但是由于没有锁获取命令，因此它实际上可能不是您所期望的“公平”。 您是否尝试过使用互斥锁而不是关键区域？ 另外，您是否尝试过调整旋转计数？

如果可以避免长时间锁定关键部分，那么这可能是处理此问题的更好方法。

例如，您可以将代码重构为具有一个用于处理长时间运行的操作的线程，而其他线程将对该线程的请求排队，从而阻止完成事件。 管理队列时，您只需要在短时间内锁定关键部分。 当然，如果这些操作也必须与其他操作互斥，那么您需要注意这一点。 如果所有这些东西不能同时运行，那么您也可以通过队列对其进行序列化。

另外，也许看看使用boost asio。 您可以使用线程池和绞线来防止多个异步处理程序并发运行，否则同步将成为问题。

Answer 2

我认为您应该回顾一些事情：

• 在10000个案例中的9997个中，您分支到Sleep(500) 。 在几乎每次成功获取关键部分的尝试中，每个线程都会将主部分保留500毫秒。

• 释放临界区后，线程执行另一个Sleep(500) 。 结果，通过保持关键部分，单线程几乎占据了可用时间的50％（49.985％）-无论如何！

• 幕后花絮： Joe Duffy ： 互斥锁的等待列表按FIFO顺序保存，并且OS始终在此类等待队列的开头唤醒线程。

假设您是故意这样做的，以显示行为：在处理器完全可用的情况下，启动这些线程中的20个可能导致最后一个线程最少等待10秒，以便最后一个线程访问单个逻辑处理器上的关键部分。测试。

您需要进行多长时间的测试/什么CPU？ 以及什么Windows版本？ 您应该能够写下更多的事实：线程活动与线程ID的直方图可以充分说明公平性。

关键部分应在短时间内获取。 在大多数情况下，共享资源可以更快地处理。 在关键区域内Sleep几乎肯定会指出设计缺陷。

提示：减少在关键部分内花费的时间或研究信号量对象 。