Penyegerakan dan Keadaan Perlumbaan

Apabila beberapa utas mengakses sumber yang dikongsi, keadaan perlumbaan boleh berlaku lalu menghasilkan keputusan yang tidak dapat diramalkan.

Dalam pelajaran ini, anda akan mempelajari:

• Apakah keadaan perlumbaan dan cara keadaan itu berlaku.
• Cara menggunakan mutex untuk mencegah keadaan perlumbaan.
• Cara semafor membantu mengurus sumber yang dikongsi.

Keadaan perlumbaan berlaku apabila beberapa utas mengakses data yang dikongsi secara serentak lalu menghasilkan tingkah laku yang tidak dapat diramalkan.

Contoh:

• Dua utas cuba mengemas kini pembilang global.
• Nilai akhir mungkin tidak betul akibat gangguan.

Atur cara ini menunjukkan keadaan perlumbaan apabila beberapa utas mengubah suai pemboleh ubah yang dikongsi.

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

int counter = 0;

void *incrementCounter(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        counter++;
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    printf("Final counter value: %d\n", counter);
    return 0;
}

Mutex (saling pengecualian) memastikan hanya satu utas mengakses sesuatu sumber pada satu-satu masa.

Fungsi mutex:

• pthread_mutex_init() - Memulakan mutex.
• pthread_mutex_lock() - Mengunci mutex.
• pthread_mutex_unlock() - Membuka kunci mutex.
• pthread_mutex_destroy() - Memusnahkan mutex.

Atur cara ini membaiki keadaan perlumbaan dengan menggunakan mutex untuk mengawal akses kepada pembilang yang dikongsi.

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

int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;

void *incrementCounter(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&t1, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    printf("Final counter value: %d\n", counter);
    return 0;
}

Semafor ialah pembilang yang digunakan untuk mengawal akses kepada sumber.

Fungsi utama:

• sem_init() - Memulakan semafor.
• sem_wait() - Mengurangkan nilai semafor.
• sem_post() - Menambahkan nilai semafor.
• sem_destroy() - Memusnahkan semafor.

Atur cara ini menggunakan semafor untuk mengurus akses kepada sumber yang dikongsi.

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

sem_t sem;

void *task(void *arg) {
    sem_wait(&sem);
    printf("Thread %d is executing\n", *(int *)arg);
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    int id1 = 1, id2 = 2;
    sem_init(&sem, 0, 1);
    pthread_create(&t1, NULL, task, &id1);
    pthread_create(&t2, NULL, task, &id2);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}

Untuk mengelakkan keadaan perlumbaan:

• Gunakan mutex untuk melindungi pemboleh ubah yang dikongsi.
• Gunakan semafor untuk pengurusan sumber.
• Kurangkan penggunaan sumber yang dikongsi jika boleh.

Dalam pelajaran ini, anda telah mempelajari:

• Apakah keadaan perlumbaan dan cara keadaan itu berlaku.
• Cara menggunakan mutex untuk mencegah keadaan perlumbaan.
• Cara semafor membantu mengurus akses kepada sumber yang dikongsi.

Dengan ini tamatlah bahagian Pelbagai Utas dan Keserentakan dalam C!