lock-free ABA问题重现

2019-07-29 本文已影响0人 Teech

在多线程编程中，同步时会发生ABA问题。上述代码就是重现ABA问题，当一个地址需要被read2次，这个值没有改变意味着没有人修改这个值。然而其他线程执行可能会修改这个值在两次read之间，只是又把这个值修改回去了。

线程P1读取值A从共享内存中
P1运行后，P2在运行。
P2 修改存储A的共享内存修改为B，然后在修改回A
P1继续执行，发现存储A的共享内存处的值并没有变化，于是继续运行
这个可能会造成一些隐藏的问题在修改这块共享内存之后。
最经常会出现ABA问题的一个情况，就是编写lock-free程序时，包含指针的情况。如果一个item从列表中移出以及释放掉，接着一个新的item被分配以及加入列表。新分配的item和之前释放掉的item指针相同这个经常会发生的（基于内存分配器的分配策略）。这个就导致了ABA问题了。
简书中链接跳转到github一直提示不安全的链接，所以把链接贴进来。https://github.com/iamjokerjun/abaTest。
这个是个ABA问题的栈操作。列举下步骤

初始化栈 top->A->B->C

    Push(&C);
    Push(&B);
    Push(&A);

thread1的worker1先运行，thread2阻塞到等待信号量。thread1中的局部变量retPtr指向A，nextPtr指向B，接着post信号量，然后sleep 2秒，有足够的时间让thread2 执行完代码

    for(;;){
        struct Obj* retPtr = topPtr;
        if(!retPtr)
            return NULL;
        struct Obj* nextPtr  = retPtr->next;
        //第一步 retPtr指向A nextPtr指向B
        if(bSleep)
        {
            sem_post(&Sema); //post信号量
            sleep(2);
            fprintf(stdout,"i am wake up topPtr.value[%c] retPtr.value[%c] nextPtr.value[%c]\n",((struct Obj*)topPtr)->value,retPtr->value,nextPtr->value);
        }
        if(topPtr.compare_exchange_weak(retPtr,nextPtr))
            return retPtr;
    }

thread2的worker2开始运行了，最后结果为top->A->C.注意这里A我们是全局的变量，不会被释放的。这里就等于模拟了，释放了A后，在分配一块内存，内存地址和A是一样的。

    Pop(false); //top -> B -> C
    Pop(false); //top -> C
    Push(&A);   //top ->A -> C

thread1的worker1开始苏醒过来了。执行这段代码，判断topPtr和retPtr地址都相同，所以就用nextPtr替换topPtr，注意到步骤1中，nextPtr指向B的，要知道B在步骤3中第一个Pop中已经被释放了。

        if(topPtr.compare_exchange_weak(retPtr,nextPtr))
            return retPtr;

运行的结果如下

Obj A malloc
Obj B malloc
Obj C malloc
worker1 is work
worker2 is wake
worker2 is over
i am wake up topPtr.value[A] retPtr.value[A] nextPtr.value[B]
worker1 is over
Obj C free
Obj B free
Segmentation fault

为了保证每次必定crash，我在调用之后把栈上数据清0，所以一定会崩溃。

    testFun();
    char array[64] = {0,};      //栈上之前分配的B,C虽然已经释放掉了，但是栈上数据还存在。所以把栈数据清0，让其必定崩溃。
    struct Obj* APtr = topPtr;

lock-free ABA问题重现

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