为什么在Mac OS X上，当在线程中使用system(）时，多线程C程序会被强制分配给单个CPU

Why is a multithreaded C program forced to a single CPU on Mac OS X when system() is used in a thread?

本文关键字：程序 多线程 单个 分配 CPU OS Mac 线程 为什么 system      更新时间：2023-10-16

我在Linux和Mac OS X之间使用pthreads的程序的行为上遇到了一个奇怪的差异。

考虑以下可以使用"gcc-phread-o threadtest threadtest.c"编译的程序：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
static
void *worker(void *t)
{
    int i = *(int *)t;
    printf("Thread %d startedn", i);
    system("sleep 1");
    printf("Thread %d endsn", i);
    return (void *) 0;
}
int main()
{
#define N_WORKERS   4
    pthread_t       workers[N_WORKERS];
    int                 args[N_WORKERS];
    int         i;
    for (i = 0; i < N_WORKERS; ++i)
    {
        args[i] = i;
        pthread_create(&workers[i], NULL, worker, args + i);
    }
    for (i = 0; i < N_WORKERS; ++i)
    {
        pthread_join(workers[i], NULL);
    }
    return 0;
}

在4核Mac OS X计算机上运行生成的可执行文件会导致以下行为：

$ time ./threadtest
Thread 0 started
Thread 2 started
Thread 1 started
Thread 3 started
Thread 0 ends
Thread 1 ends
Thread 2 ends
Thread 3 ends
real    0m4.030s
user    0m0.006s
sys 0m0.008s

请注意，实际内核的数量可能甚至不相关，因为时间只是花在"sleep 1"shell命令中，而没有任何计算。同样明显的是，线程是并行启动的，因为"线程…启动"消息在程序启动后立即出现。

在Linux机器上运行相同的测试程序会得到我所期望的结果：

$ time ./threadtest
Thread 0 started
Thread 3 started
Thread 1 started
Thread 2 started
Thread 1 ends
Thread 2 ends
Thread 0 ends
Thread 3 ends
real    0m1.010s
user    0m0.008s
sys 0m0.013s

四个进程并行启动，每个进程睡眠一秒钟，大约需要一秒钟。

如果我将实际计算放入worker（）函数并删除system（）调用，我会在Mac OS X中看到预期的加速。

所以问题是，为什么在线程中使用system（）调用可以有效地序列化Mac OS X上线程的执行，以及如何防止这种情况发生？

@BasileStarynkevitch和@null指出，Mac OS X的C库中的system（）实现中的全局互斥可能是观察到的行为的原因@null提供了对系统（）实现的潜在源文件的引用，其中包含以下操作：

#if __DARWIN_UNIX03
    pthread_mutex_lock(&__systemfn_mutex);
#endif /* __DARWIN_UNIX03 */
#if __DARWIN_UNIX03
    pthread_mutex_unlock(&__systemfn_mutex);
#endif /* __DARWIN_UNIX03 */

通过分解lldb中的system（）函数，我验证了这些调用实际上存在于编译的代码中。

解决方案是将system（）C库函数的使用替换为fork（）/execve（）/waitpid（）系统调用的组合。修改原始示例中worker（）函数的快速概念验证：

static
void *worker(void *t)
{
    static const char shell[] = "/bin/sh";
    static const char * const args[] = { shell, "-c", "sleep 1", NULL };
    static const char * const env[] = { NULL };
    pid_t pid;
    int i = *(int *)t;
    printf("Thread %d startedn", i);
    pid = fork();
    if (pid == 0)
    {
        execve(shell, (char **) args, (char **) env);
    }
    waitpid(pid, NULL, 0);
    printf("Thread %d endsn", i);
    return (void *) 0;
}

经过此修改，测试程序现在在Mac OS X上大约一秒钟即可执行。

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