windows via c/c++ 学习笔记(二) 内核同步

迷南。 2022-08-07 17:33 180阅读 0赞

内核事件对象:  
有两种不同类型的事件对象。一种是人工重置的事件，另一种是自动重置的事件。当人工重置的事件得到通知时，等待该事件的所有线程均变为可调度线程。当一个自动重置的事件得到通知时，等待该事件的线程中只有一个线程变为可调度线程。

M i c r o s o f t为自动重置的事件定义了应该成功等待的副作用规则，即当线程成功地等待到该对象时，自动重置的事件就会自动重置到未通知状态。这就是自动重置的事件如何获得它们的名字的方法。通常没有必要为自动重置的事件调用R e s e t E v e n t函数，因为系统会自动对事件进行重置。但是， M i c r o s o f t没有为人工重置的事件定义成功等待的副作用。

让我们观察一个简单的例子，以便说明如何使用事件内核对象对线程进行同步。下面就是这个代码：

// Create a global handle to a manual-reset, nonsignaled event.  
HANDLE g\_hEvent;

int WINAPI WinMain(...)  
\{  
//Create the manual-reset, nonsignaled event.  
g\_hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

//Spawn 3 new threads.  
HANDLE hThread\[3\];  
DWORD dwThreadID;  
hThread\[0\] = \_beginthreadex(NULL, 0, WordCount, NULL, 0, &dwThreadID);  
hThread\[1\] = \_beginthreadex(NULL, 0, SpellCheck, NULL, 0, &dwThreadID);  
hThread\[2\] = \_beginthreadex(NULL, 0, GrammarCheck, NULL, 0, &dwThreadID);

OpenFileAndReadContentsIntoMemory(...);

//Allow all 3 threads to access the memory.  
SetEvent(g\_hEvent);  
...  
\}

DWORD WINAPI WordCount(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
return(0);  
\}

DWORD WINAPI SpellCheck(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
return(0);  
\}

DWORD WINAPI GrammarCheck(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
return(0);  
\}  
当这个进程启动时，它创建一个人工重置的未通知状态的事件，并且将句柄保存在一个全局变量中。这使得该进程中的其他线程能够非常容易地访问同一个事件对象。现在3个线程已经产生。这些线程要等待文件的内容读入内存，然后每个线程都要访问它的数据。一个线程进行单词计数，另一个线程运行拼写检查器，第三个线程运行语法检查器。这3个线程函数的代码的开始部分都相同，每个函数都调用Wa i t F o r S i n g l e O b j e c t，这将使线程暂停运行，直到文件的内容由主线程读入内存为止。  
一旦主线程将数据准备好，它就调用S e t E v e n t，给事件发出通知信号。这时，系统就使所有这3个辅助线程进入可调度状态，它们都获得了C P U时间，并且可以访问内存块。注意，这3个线程都以只读方式访问内存。这就是所有3个线程能够同时运行的唯一原因。还要注意，如何计算机上配有多个C P U，那么所有3个线程都能够真正地同时运行，从而可以在很短的时间内完成大量的操作。

如果你使用自动重置的事件而不是人工重置的事件，那么应用程序的行为特性就有很大的差别。当主线程调用S e t E v e n t之后，系统只允许一个辅助线程变成可调度状态。同样，也无法保证系统将使哪个线程变为可调度状态。其余两个辅助线程将继续等待。

已经变为可调度状态的线程拥有对内存块的独占访问权。让我们重新编写线程的函数，使得每个函数在返回前调用S e t E v e n t函数（就像Wi n M a i n函数所做的那样）。这些线程函数现在变成下面的形式：

DWORD WINAPI WordCount(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
SetEvent(g\_hEvent);  
return(0);  
\}

DWORD WINAPI SpellCheck(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
SetEvent(g\_hEvent);  
return(0);  
\}

DWORD WINAPI GrammarCheck(PVOID pvParam)  
\{  
//Wait until the file's data is in memory.  
WaitForSingleObject(g\_hEvent, INFINITE);

//Access the memory block.  
...  
SetEvent(g\_hEvent);  
return(0);  
\}  
当线程完成它对数据的专门传递时，它就调用S e t E v e n t函数，该函数允许系统使得两个正在等待的线程中的一个成为可调度线程。同样，我们不知道系统将选择哪个线程作为可调度线程，但是该线程将进行它自己的对内存块的专门传递。当该线程完成操作时，它也将调用S e t E v e n t函数，使第三个即最后一个线程进行它自己的对内存块的传递。注意，当使用自动重置事件时，如果每个辅助线程均以读/写方式访问内存块，那么就不会产生任何问题，这些线程将不再被要求将数据视为只读数据。这个例子清楚地展示出使用人工重置事件与自动重置事件之间的差别。

等待定时器内核对象:  
HANDLE CreateWaitableTimer(  
PSECURITY\_ATTRIBUTES psa,  
BOOL fManualReset,  
PCTSTR pszName);

信号量内核对象:  
信标内核对象用于对资源进行计数。它们与所有内核对象一样，包含一个使用数量，但是它们也包含另外两个带符号的3 2位值，一个是最大资源数量，一个是当前资源数量。最大资源数量用于标识信标能够控制的资源的最大数量，而当前资源数量则用于标识当前可以使用的资源的数量。

信标的使用规则如下：

? 如果当前资源的数量大于0，则发出信标信号。

? 如果当前资源数量是0，则不发出信标信号。

? 系统决不允许当前资源的数量为负值。

? 当前资源数量决不能大于最大资源数量。

HANDLE CreateSemaphore(  
PSECURITY\_ATTRIBUTE psa,  
LONG lInitialCount,  
LONG lMaximumCount,  
PCTSTR pszName);

互斥对象内核对象:

互斥对象（m u t e x）内核对象能够确保线程拥有对单个资源的互斥访问权。实际上互斥对象是因此而得名的。互斥对象包含一个使用数量，一个线程I D和一个递归计数器。互斥对象的行为特性与关键代码段相同，但是互斥对象属于内核对象，而关键代码段则属于用户方式对象。这意味着互斥对象的运行速度比关键代码段要慢。但是这也意味着不同进程中的多个线程能够访问单个互斥对象，并且这意味着线程在等待访问资源时可以设定一个超时值。

HANDLE CreateMutex(  
PSECURITY\_ATTRIBUTES psa,  
BOOL fInitialOwner,  
PCTSTR pszName);  
互斥对象不同于所有其他内核对象，因为互斥对象有一个“线程所有权”的概念.