2018q1 Homework (quiz13)

tags: `linyunwen` `raygoah`

contributed by <LinYunWen, raygoah>

第十三周練習題

測驗 `1`

考慮以下 C 程式:
…

在 macOS 編譯並執行，得到以下程式輸出:



















Main thread create threads
Thread 1 create successfully
thread1 : I'm thread 1
thread1 : number = 0
Thread 2 create successfully
thread2 : I'm thread 2
thread2 : number = 0
pid-90400 Main thread wait for threads
pid-0 Main thread wait for threads
pid - 0 Thread 1 Finished
pid - 0 Thread 2 Finished
thread1 : number = 2
thread2 : number = 3
thread1 : number = 4
thread2 : number = 5
pid : 90400, thread1 : done
pid - 90400 Thread 1 Finished
pid : 90400, thread2 : done
pid - 90400 Thread 2 Finished

留意第 65 行 pid = fork(); 敘述，fork 系統呼叫觸發後，會「分叉」執行單元為原本的 parent process 和新建立的 child process。從以下選項中挑出最符合的描述。

我們先看到 main function 裡面，先做了 mutex 的初始化，並且在 #67 呼叫 thread_create 來建立 threads









int main() {
    pthread_mutex_init(&mut, NULL);
    printf("Main thread create threads\n");
    thread_create();
    pid = fork();
    printf("pid-%d Main thread wait for threads\n", pid);
    thread_wait();
    return 0;
}

而在建立的過程中，會去執行 thread1、thread2 function，這邊可以注意到的是，因為先建立 thread1，因此一定會先 print thread1 : I'm thread 1 再 print thread2 : I'm thread 2
```
temp = pthread_create(&thread[0], NULL, thread1, NULL)
```
```
temp = pthread_create(&thread[1], NULL, thread2, NULL)
```

當 thread 建立時，他們個別會去呼叫 thread1, thread2，而這兩個 function ，幾乎是一樣，都是在一個 for loop 中，利用 mutex lock 對 number 這個變數做加一，然後 thread1 停 2s ， thread2 停 3s












static void *thread1() {
    printf("thread1 : I'm thread 1\n");
    for (i = 0; i < MAX; i++) {
        printf("thread1 : number = %d\n", number);
        pthread_mutex_lock(&mut);
        number++;
        pthread_mutex_unlock(&mut);
        sleep(2);
    }
    printf("pid : %d, thread1 : done\n", pid);
    pthread_exit(NULL);
}

最重要的地方在於 #10 ，變數 number 和 i 都是全域的變數，而這個 number 是 for loop 中要輸出的變數， i 是 for loop 中的計數變數
```
static int number = 0, i;
```
首先說明當 i < MAX 時，(MAX = 5)，for loop 會繼續做下去，所以最重點是，你可以看到 thread1, thread2 是交互輸出，並且基本上應該會輸出共 5 次，因為計數用的 i 是共用的，所以兩者的輸出總次數應該不超過 5 次。那為什麼輸出結果會有六次呢？這要回顧一開始的輸出 #5, #7，當 #5 完成時，thread1 會有兩種可能，正在執行 mutex 內，或是做完 mutex 內已進入 sleep(2)，但是不管如何這時的 i = 0 ，結果 thread2 就要開始執行，因此他進入 for loop 時 i 也還是 0 ，才會有共輸出六次這樣的狀況
接下來，對於上面同樣程式碼，在同樣環境下，執行結果卻不同的情況，要對 #7 thread2 的輸出做一下說明，剛剛提到過，在開始執行 thread2 時，可能遇到兩種狀況，thread1 正在執行 mutex 內的部份，或是做完 mutex 內的部份了，已經進入 sleep(2)。而這兩者的差別在於，因為 number 是全域變數，因此如果是狀況一，此時的 number = 0，因此 thread2 輸出 thread2 : number = 0，反之，若是狀況二， number 已經加一，故輸出 thread2 : number = 1

接著在 ubuntu 16.04 測試看看

在 ubuntu 16.04 的環境下編譯：

$ gcc -pthread -o 13 13.c

在 ubuntu 16.04 的環境下執行

第一次得到的結果如下：




















Main thread create threads
Thread 1 create successfully
thread1 : I'm thread 1
Thread 2 create successfully
thread1 : number = 0
thread2 : I'm thread 2
thread2 : number = 1
pid-4888 Main thread wait for threads
pid-0 Main thread wait for threads
pid - 0 Thread 1 Finished
pid - 0 Thread 2 Finished
thread1 : number = 2
thread2 : number = 3
thread1 : number = 4
thread2 : number = 5
pid : 4888, thread1 : done
pid - 4888 Thread 1 Finished
pid : 4888, thread2 : done
pid - 4888 Thread 2 Finished

而多試幾次後，發現到，得到了和第一次執行結果不同的情形，如下：



















Main thread create threads
Thread 1 create successfully
thread1 : I'm thread 1
thread2 : I'm thread 2
thread2 : number = 0
thread1 : number = 0
Thread 2 create successfully
pid-16051 Main thread wait for threads
pid-0 Main thread wait for threads
pid - 0 Thread 1 Finished
pid - 0 Thread 2 Finished
thread1 : number = 2
thread2 : number = 3
thread1 : number = 4
thread2 : number = 5
pid : 16051, thread1 : done
pid - 16051 Thread 1 Finished
pid : 16051, thread2 : done
pid - 16051 Thread 2 Finished

輸出結果不同主要是在 #5 到 #7 中
這時會看到，因為當 #5 完成時，thread1 會有兩種可能，正在執行 mutex 的部份，或是已經結束 mutex 的部份，進入到 sleep(2)，而這兩種可能的差異，確實造成實際執行程式後得到的結果會有所不同

延伸題目:

解釋程式運作，擴充測試的範圍
參照 Threads and fork(): think twice before mixing them，添增 pthread_atfork() 來改寫程式碼，使得 child/parent 兩個 process 的執行緒得以交替輸出

參考資料

Undefined reference to pthread_create in Linux

2018q1 Homework (quiz13)

tags: linyunwen raygoah

測驗 1

參考資料

tags: `linyunwen` `raygoah`

測驗 `1`