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c++ - 使用来自matlab的boost::threads时挂起和/或segfault,而不是直接调用时

coder 2024-02-05 原文

问题出在人们有类似问题的情况下:经过与Mathworks支持的一些讨论之后,原来是系统boost和Matlab附带的boost库之间的冲突:当我使用system boost header 进行编译并与(较旧)的Matlab Boost库,它已分段。当我编译并与系统boost动态链接时,然后它动态加载Matlab boost库时,它将永远挂起。

静态链接到系统boost的工作原理,以及为Matlab随附的boost版本下载正确的 header 并进行编译时也是如此。当然,Mac版本的Matlab的文件名中没有版本号,尽管Linux和据说的Windows版本都有。 R2011b使用 boost 1.44作为引用。

我有一些多线程代码在直接编译时可以正常工作,但是当从Matlab mex接口(interface)调用它时会出现段错误和/或死锁。我不知道不同的环境是否正在揭示我的代码中的缺陷或什么缺陷,但是我无法弄清楚...。

我在三种机器配置上运行此程序(尽管有几个CentOS机器):

  • OSX 10.7,g++ 4.2,boost 1.48,Matlab R2011a(clang++ 2.1也可独立运行,没有试图让mex使用clang)
  • 古代CentOS,g++ 4.1.2,boost 1.33.1(调试而不是调试),Matlab R2010b
  • 古代CentOS,g++ 4.1.2,boost 1.40(未安装调试版本),Matlab R2010b

  • 这是具有此行为的精简版本。
    #include <queue>
    #include <vector>
    
    #include <boost/thread.hpp>
    #include <boost/utility.hpp>
    
    #ifndef NO_MEX
    #include "mex.h"
    #endif
    
    class Worker : boost::noncopyable {
        boost::mutex &jobs_mutex;
        std::queue<size_t> &jobs;
    
        boost::mutex &results_mutex;
        std::vector<double> &results;
    
        public:
    
        Worker(boost::mutex &jobs_mutex, std::queue<size_t> &jobs,
               boost::mutex &results_mutex, std::vector<double> &results)
            :
                jobs_mutex(jobs_mutex), jobs(jobs),
                results_mutex(results_mutex), results(results)
        {}
    
        void operator()() {
            size_t i;
            float r;
    
            while (true) {
                // get a job
                {
                    boost::mutex::scoped_lock lk(jobs_mutex);
                    if (jobs.size() == 0)
                        return;
    
                    i = jobs.front();
                    jobs.pop();
                }
    
                // do some "work"
                r = rand() / 315.612;
    
                // write the results
                {
                    boost::mutex::scoped_lock lk(results_mutex);
                    results[i] = r;
                }
            }
        }
    };
    
    std::vector<double> doWork(size_t n) {
        std::vector<double> results;
        results.resize(n);
    
        boost::mutex jobs_mutex, results_mutex;
    
        std::queue<size_t> jobs;
        for (size_t i = 0; i < n; i++)
            jobs.push(i);
    
        Worker w1(jobs_mutex, jobs, results_mutex, results);
        boost::thread t1(boost::ref(w1));
    
        Worker w2(jobs_mutex, jobs, results_mutex, results);
        boost::thread t2(boost::ref(w2));
    
        t1.join();
        t2.join();
    
        return results;
    }
    
    #ifdef NO_MEX
    int main() {
    #else
    void mexFunction(int nlhs, mxArray **plhs, int nrhs, const mxArray **prhs) {
    #endif
        std::vector<double> results = doWork(10);
        for (size_t i = 0; i < results.size(); i++)
            printf("%g ", results[i]);
        printf("\n");
    }
    

    请注意,在boost 1.48上,如果我将仿函数更改为标准函数,并将boost::ref s传递给互斥锁/数据,作为boost::thread的额外参数,则将得到相同的行为。但是,Boost 1.33.1不支持此功能。

    当我直接编译它时,它总是运行良好-我从未见过它在任何情况下都会失败:
    $ g++ -o testing testing.cpp -lboost_thread-mt -DNO_MEX
    $ ./testing
    53.2521 895008 5.14128e+06 3.12074e+06 3.62505e+06 1.48984e+06 320100 4.61912e+06 4.62206e+06 6.35983e+06
    

    从Matlab运行时,在对代码进行了不同的调整之后,我看到了许多不同的行为,等等,尽管实际上没有任何更改对我有意义。但是,这就是我在上面的确切代码中看到的内容:
  • 在OSX/Boost 1.48上:
  • 如果链接到发布变量 boost ,则遇到段错误,尝试访问boost::thread::start_thread的构造函数中调用的t1内部的近0地址。
  • 如果链接到调试变量boost,它将永远卡在第一个boost::thread::join中。我不确定,但是我认为辅助线程实际上已经完成了(在info threads中看不到任何明显是它们的东西)。
  • 在CentOS/boost 1.33.1和1.40上:
  • 随着版本的 boost ,我在pthread_mutex_lock中遇到了段错误,是从boost::thread::join上的t1中调用的。
  • 借助调试 boost 功能,它将永远卡在__lll_lock_wait内的pthread_mutex_lock中的同一位置。如下所示,工作线程此时已完成。

  • 我不知道如何对段错误做更多的事情,因为当我使用调试符号实际上可以告诉我空指针是什么时,它们永远不会发生。

    在永远悬而未决的情况下,如果我逐步进入GDB,我似乎总会得到这样的东西:
    99      Worker w1(jobs_mutex, jobs, results_mutex, results);
    (gdb) 
    100     boost::thread t1(boost::ref(w1));
    (gdb) 
    [New Thread 0x47814940 (LWP 19390)]
    102     Worker w2(jobs_mutex, jobs, results_mutex, results);
    (gdb) 
    103     boost::thread t2(boost::ref(w2));
    (gdb) 
    [Thread 0x47814940 (LWP 19390) exited]
    [New Thread 0x48215940 (LWP 19391)]
    [Thread 0x48215940 (LWP 19391) exited]
    105     t1.join();
    

    可以肯定,在调用t1.join()之前,两个线程都已完成。因此,我尝试在锁之间的“执行工作”部分中添加sleep(1)调用;当我逐步执行时,线程在调用t1.join()之后退出,并且仍然永久挂起:
    106     t1.join();
    (gdb)
    [Thread 0x47814940 (LWP 20255) exited]
    [Thread 0x48215940 (LWP 20256) exited]
    # still hanging
    

    如果我将up附加到doWork函数中,则results的填充结果与独立版本在此计算机上打印的结果相同,因此看起来所有操作都是如此。

    我不知道是什么原因导致了段错误或疯狂的悬空,或者为什么它总是在Matlab外部而不是在内部运行,或者为什么在有/没有调试符号的情况下它是不同的,而且我也不知道如何继续进行弄清楚这一点。有什么想法吗?

    在@alanxz的建议下,我已经在valgrind的memcheck,helgrind和DRD工具下运行了独立版本的代码:
  • 在使用valgrind 3.5的CentOS上,所有工具均未提供任何不可抑制的错误。
  • 在使用valgrind 3.7的OSX上:
  • Memcheck不提供任何不可抑制的错误。
  • 在OSX的任何二进制文件(包括valgrind --tool=helgrind ls)上运行时,Helgrind都会崩溃,并提示指令不受支持。
  • DRD给出了一百多个错误。

  • DRD错误对我来说是很难理解的,尽管我已经阅读了手册等内容,但我对它们一无所知。这是第一个,在代码版本中,我注释了第二个worker/线程:
    Thread 2:
    Conflicting load by thread 2 at 0x0004b518 size 8
       at 0x3B837: void boost::call_once<void (*)()>(boost::once_flag&, void (*)()) (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x2BCD4: boost::detail::set_current_thread_data(boost::detail::thread_data_base*) (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x2BA62: thread_proxy (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x2D88BE: _pthread_start (in /usr/lib/system/libsystem_c.dylib)
       by 0x2DBB74: thread_start (in /usr/lib/system/libsystem_c.dylib)
    Allocation context: Data section of r/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib
    Other segment start (thread 1)
       at 0x41B4DE: __bsdthread_create (in /usr/lib/system/libsystem_kernel.dylib)
       by 0x2B959: boost::thread::start_thread() (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x100001B54: boost::thread::thread<boost::reference_wrapper<Worker> >(boost::reference_wrapper<Worker>, boost::disable_if<boost::is_convertible<boost::reference_wrapper<Worker>&, boost::detail::thread_move_t<boost::reference_wrapper<Worker> > >, boost::thread::dummy*>::type) (thread.hpp:204)
       by 0x100001434: boost::thread::thread<boost::reference_wrapper<Worker> >(boost::reference_wrapper<Worker>, boost::disable_if<boost::is_convertible<boost::reference_wrapper<Worker>&, boost::detail::thread_move_t<boost::reference_wrapper<Worker> > >, boost::thread::dummy*>::type) (thread.hpp:201)
       by 0x100000B50: doWork(unsigned long) (testing.cpp:66)
       by 0x100000CE1: main (testing.cpp:82)
    Other segment end (thread 1)
       at 0x41BBCA: __psynch_cvwait (in /usr/lib/system/libsystem_kernel.dylib)
       by 0x3C0C3: boost::condition_variable::wait(boost::unique_lock<boost::mutex>&) (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x2D28A: boost::thread::join() (in /usr/local/boost/boost_1_48_0/stage/lib/libboost_thread-mt-d.dylib)
       by 0x100000B61: doWork(unsigned long) (testing.cpp:72)
       by 0x100000CE1: main (testing.cpp:82)
    

    第66行是线程的构造,第72行是join调用;之间只有评论。据我所知,这就是说主线程的那部分与工作线程的初始化之间存在着竞争……但是我真的不明白这怎么可能?

    DRD的其余输出is here;我什么都没得到。

    最佳答案

    您确定这是段错误和/或挂起的最简单的情况吗?如果DRD的结果确实表明线程构建和连接之间存在竞争状态,则听起来您的代码可能没有错误(特别是因为您实际上并未使用任何mex特定的功能,而仅在mex下运行会触发该错误)。

    也许尝试这个版本:

    #include <boost/thread.hpp>
    
    void doNothing() { return; }
    
    void doWork() {
        boost::thread t1(doNothing);
        t1.join();
    }
    
    #ifdef NO_MEX
    int main() {
    #else
    #include "mex.h"
    void mexFunction(int nlhs, mxArray **plhs, int nrhs, const mxArray **prhs) {
    #endif
        doWork();
    }
    

    这绝对不应该在mex下或直接编译时进行段错误或挂起-因此,如果这样做,则不是您的bug,如果不是,则可以逐步缩小您的版本与该版本之间的距离,以查找bug-造成加法。

    关于c++ - 使用来自matlab的boost::threads时挂起和/或segfault,而不是直接调用时,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/9011780/

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