C言語 semaphore, mutexを使った並行プログラミングのサンプルコード

はじめに

CSAPPを読んで、並行プログラミングの基礎を学んでいます。Mac環境だとサンプルコードを少しいじる必要があったので、メモとしてまとめます。

自分の環境です。

❯ sw_vers    
ProductName:    macOS
ProductVersion: 11.6
BuildVersion:   20G165

スレッドが同期エラーを起こすbadコード

badcnt.c

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

volatile long cnt = 0;

void *thread(void *vargp)
{
    long i;
    long niters = *((long *)vargp);

    for (i = 0; i < niters; i++)
    {
        cnt++;
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    long niters;
    pthread_t tid1, tid2;

    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <niters>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }
    niters = atoi(argv[1]);
    pthread_create(&tid1, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    if (cnt != niters * 2)
        printf("BOOM! cnt = %ld\n", cnt);
    else
        printf("OK cnt=%ld\n", cnt);
    return 0;
}

　実行結果

❯ gcc badcnt.c && ./a.out 1000000       
BOOM! cnt = 1011960

　mutexを使用して相互排他を行ったコード

goodcnt_mutex.c

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

volatile long cnt = 0;
pthread_mutex_t lock;

void *thread(void *vargp)
{
    long i;
    long niters = *((long *)vargp);

    for (i = 0; i < niters; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        cnt++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    long niters;
    pthread_t tid1, tid2;

    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <niters>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }
    niters = atoi(argv[1]);
    pthread_create(&tid1, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    if (cnt != niters * 2)
        printf("BOOM! cnt = %ld\n", cnt);
    else
        printf("OK cnt=%ld\n", cnt);
    return 0;
}

　実行結果

❯ gcc goodcnt_mutex.c && ./a.out 1000000 
OK cnt=2000000

　セマフォを使用して相互排他を行ったコード

goodcnt_sem.c

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>

volatile long cnt = 0;
sem_t *mutex;

void *thread(void *vargp)
{
    long i;
    long niters = *((long *)vargp);

    for (i = 0; i < niters; i++)
    {
        sem_wait(mutex);
        cnt++;
        sem_post(mutex);
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    long niters;
    pthread_t tid1, tid2;

    mutex = sem_open("/mutex", O_CREAT, 0644, 1);
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <niters>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }
    niters = atoi(argv[1]);
    pthread_create(&tid1, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread, (void *)&niters);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    if (cnt != niters * 2)
        printf("BOOM! cnt = %ld\n", cnt);
    else
        printf("OK cnt=%ld\n", cnt);
    return 0;
}

　実行結果

❯ gcc goodcnt_sem.c && ./a.out 1000000
OK cnt=2000000

参考文献

CSAPP