CERT C: Rule CON38-C

条件変数の使用時にスレッドの安全性と存続性を維持する

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説明

このチェッカーは、既定の Polyspace® as You Code 解析では非アクティブにされます。Polyspace as You Code 解析で非アクティブにされるチェッカー (Polyspace Access)を参照してください。

ルール定義

条件変数の使用時にスレッドの安全性と存続性を維持します。1

Polyspace 実装

ルール チェッカーは、"複数のスレッドが同じ条件変数を待機しています" をチェックします。

例

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問題

この問題は、cnd_signal ファミリ関数を使用して、同じ条件変数を同時に待機している少なくとも 2 つのスレッドのいずれかを起動したときに発生します。優先順位が同じスレッドの場合は、cnd_signal ファミリ関数がスレッド スケジューラに cnd_signal ファミリ関数を使用して通知される条件変数を待機しているスレッドのいずれかを任意に起動させます。

チェッカーは、cnd_signal ファミリ関数の呼び出しにフラグを設定します。同じ条件変数を待機しているスレッドを確認するには、[結果の詳細] ペインで [イベント] 列を参照してください。

リスク

cnd_signal ファミリ関数を使用して起動されたスレッドは、通常、条件述部を検査します。条件述部が false の間、スレッドは、条件変数を通知する別のスレッドによって起動されるまで再び条件変数を待機します。プログラムは、条件変数を通知するためにどのスレッドも使用できない状態になり、無期限のブロッキングにつながる可能性があります。

修正方法

代わりに、cnd_broadcast ファミリ関数を使用して、条件変数を待機しているすべてのスレッドを起動するか、スレッドごとに別々の条件変数を使用します。

例 - 条件変数を待機している複数のスレッドのいずれかを起動するための cnd_signal の使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <threads.h>

typedef int thrd_return_t;

static void fatal_error(void)
{
    exit(1);
}

enum { NTHREADS = 5 };

mtx_t mutex;
cnd_t cond;

thrd_return_t next_step(void* t)
{
    static size_t current_step = 0;
    size_t my_step = *(size_t*)t;

    if (thrd_success != mtx_lock(&mutex)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }

    printf("Thread %zu has the lock\n", my_step);
    while (current_step != my_step) {
        printf("Thread %zu is sleeping...\n", my_step);
        if (thrd_success !=
            cnd_wait(&cond, &mutex)) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
        printf("Thread %zu woke up\n", my_step);
    }
    /* Do processing ... */
    printf("Thread %zu is processing...\n", my_step);
    current_step++;

    /* Signal a waiting task */
    if (thrd_success !=
        cnd_signal(&cond)) { //Noncompliant
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }

    printf("Thread %zu is exiting...\n", my_step);

    if (thrd_success != mtx_unlock(&mutex)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    return (thrd_return_t)0;
}

int main(void)
{
    thrd_t threads[NTHREADS];
    size_t step[NTHREADS];

    if (thrd_success != mtx_init(&mutex, mtx_plain)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    if (thrd_success != cnd_init(&cond)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    /* Create threads */
    for (size_t i = 0; i < NTHREADS; ++i) {
        step[i] = i;
        if (thrd_success != thrd_create(&threads[i],
                                        next_step,
                                        &step[i])) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
    }
    /* Wait for all threads to complete */
    for (size_t i = NTHREADS; i != 0; --i) {
        if (thrd_success != thrd_join(threads[i - 1], NULL)) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
    }
    (void)mtx_destroy(&mutex);
    (void)cnd_destroy(&cond);
    return 0;
}

この例では、複数のスレッドが作成され、ステップ レベルが割り当てられます。各スレッドは、割り当てられたステップ レベルが現在のステップ レベル (条件述部) と一致するかどうかをチェックします。述部が false の場合は、スレッドが条件変数 cond 上での待機に戻ります。cond を通知するために cnd_signal を使用すると、スレッド スケジューラが cond 上で待機しているスレッドのいずれかを任意に起動します。これにより、起動されたスレッドの条件述部が false で、他のどのスレッドも cond の通知に使用できない場合に無期限のブロッキングが発生する可能性があります。

修正 — すべてのスレッドを起動するために cnd_broadcast を使用

1 つの修正方法として、代わりに cnd_broadcast を使用して cond を通知します。関数 cnd_signal は、cond 上で待機しているすべてのスレッドを起動します。

 #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <threads.h>

typedef int thrd_return_t;

static void fatal_error(void)
{
    exit(1);
}

enum { NTHREADS = 5 };

mtx_t mutex;
cnd_t cond;

thrd_return_t next_step(void* t)
{
    static size_t current_step = 0;
    size_t my_step = *(size_t*)t;

    if (thrd_success != mtx_lock(&mutex)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }

    printf("Thread %zu has the lock\n", my_step);
    while (current_step != my_step) {
        printf("Thread %zu is sleeping...\n", my_step);
        if (thrd_success !=
            cnd_wait(&cond, &mutex)) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
        printf("Thread %zu woke up\n", my_step);
    }
    /* Do processing ... */
    printf("Thread %zu is processing...\n", my_step);
    current_step++;

    /* Signal a waiting task */
    if (thrd_success !=
        cnd_broadcast(&cond)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }

    printf("Thread %zu is exiting...\n", my_step);

    if (thrd_success != mtx_unlock(&mutex)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    return (thrd_return_t)0;
}

int main_test_next_step(void)
{
    thrd_t threads[NTHREADS];
    size_t step[NTHREADS];

    if (thrd_success != mtx_init(&mutex, mtx_plain)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    if (thrd_success != cnd_init(&cond)) {
        /* Handle error */
        fatal_error();
    }
    /* Create threads */
    for (size_t i = 0; i < NTHREADS; ++i) {
        step[i] = i;
        if (thrd_success != thrd_create(&threads[i],
                                        next_step,
                                        &step[i])) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
    }
    /* Wait for all threads to complete */
    for (size_t i = NTHREADS; i != 0; --i) {
        if (thrd_success != thrd_join(threads[i - 1], NULL)) {
            /* Handle error */
            fatal_error();
        }
    }
    (void)mtx_destroy(&mutex);
    (void)cnd_destroy(&cond);
    return 0;
}

チェック情報

グループ: Rule 14.同時実行 (CON)

バージョン履歴

R2020a で導入

参考

トピック

外部の Web サイト

1 This software has been created by MathWorks incorporating portions of: the “SEI CERT-C Website,” © 2017 Carnegie Mellon University, the SEI CERT-C++ Web site © 2017 Carnegie Mellon University, ”SEI CERT C Coding Standard – Rules for Developing safe, Reliable and Secure systems – 2016 Edition,” © 2016 Carnegie Mellon University, and “SEI CERT C++ Coding Standard – Rules for Developing safe, Reliable and Secure systems in C++ – 2016 Edition” © 2016 Carnegie Mellon University, with special permission from its Software Engineering Institute.

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