pthread_cond_timedwait的使用及疑问



条件变量是一种在并发编程中常用的同步原语。是一种通知机制，一个线程需要某种条件成立后，才能继续执行，如果条件不成立则阻塞等待条件成立，是wait端；另外的线程则是执行某些操作后，使条件成立，然后唤醒等待线程，是signal/broadcast端。

wait端的使用方式：

1. 由于条件会被wait线程读取，被signal/broadcast线程修改，即写入。为了防止出现竞争，需要和mutex一起使用，使用mutex来保护条件。
2. 在mutex已经锁住的情况下，才能调用wait。
3. 由于spurious wakeup（虚假唤醒）的原因，wait函数返回并不代表条件已经成立，在wait函数返回后，需要再次判断条件是否成立。因此需要将wai调用放到while循环中。

wait端检测到条件不成立时，可以调用以下两个函数进行等待。

1 int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,2               pthread_mutex_t *restrict mutex,3               const struct timespec *restrict abstime);4 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,5               pthread_mutex_t *restrict mutex);

这两个函数的区别是，第一个函数可以设置超时时间。这里主要说明第一函数的使用方法和我遇到的问题。timespec指定的是超时时刻的绝对时间，而不是相对时间，因此需要先获取当前时间，然后加上需要等待的时间才能得到用于设置的时间，当前时间通过gettimeofday获取。为简化操作，这里把这些操作封装为一个函数，用于设置以毫秒为单位的相对超时时间。我第一次写的获取绝对时间的函数如下：

 1 void get_abstime_wait(int microseconds, struct timespec *abstime) 2 { 3   struct timeval tv; 4   int absmsec; 5   gettimeofday(&tv, NULL); 6   absmsec = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000; 7   absmsec += microseconds; 8  9   abstime->tv_sec = absmsec / 1000;10   abstime->tv_nsec = absmsec % 1000 * 1000000;11 }

第一个参数指定超时的相对时间，比如传500，表示500毫秒后超时。但是这样写几乎肯定使wait端线程进入busy loop状态。因为这些计算的中间结果，超出了int类型的表示范围，溢出了。添加打印后会发现abstime->tv_sec是一个很小的值，因此调用pthread_cond_timedwait后，立即就超时返回了。因此正确的写法是使用long long来保存结果，long long 类型在linux上是64位的，因此肯定不会溢出。

 1 void get_abstime_wait(int microseconds, struct timespec *abstime) 2 { 3   struct timeval tv; 4   long long absmsec; 5   gettimeofday(&tv, NULL); 6   absmsec = tv.tv_sec * 1000ll + tv.tv_usec / 1000ll; 7   absmsec += microseconds; 8  9   abstime->tv_sec = absmsec / 1000ll;10   abstime->tv_nsec = absmsec % 1000ll * 1000000ll;11 }

使用pthread_cond_timedwait过程中遇到的另一个奇葩问题是，当时间被设置为1970年以前时，超时机制也会出问题。我的工作是搞嵌入式开发，遇到过一台设备的时钟芯片坏掉后，获取出来的时间有问题，导致时间被设置成了1970年以前，这竟然导致pthread_cond_timedwait长眠不醒。本来打算在ubuntu上重现一下，结果系统不让设置1970年以前的时间了，也许已经不支持1970年以前的时间了吧，就先不管了。如果那位大神知道怎么回事，麻烦通知小弟一声，小弟不甚感激。