四種進(jìn)程或線(xiàn)程同步互斥的控制方法
1、臨界區:通過(guò)對多線(xiàn)程的串行化來(lái)訪(fǎng)問(wèn)公共資源或一段代碼,速度快,適合控制數據訪(fǎng)問(wèn)。
2、互斥量:為協(xié)調共同對一個(gè)共享資源的單獨訪(fǎng)問(wèn)而設計的。
3、信號量:為控制一個(gè)具有有限數量用戶(hù)資源而設計。
4、事 件:用來(lái)通知線(xiàn)程有一些事件已發(fā)生,從而啟動(dòng)后繼任務(wù)的開(kāi)始。
臨界區(Critical Section)
保 證在某一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程能訪(fǎng)問(wèn)數據的簡(jiǎn)便辦法。在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線(xiàn)程對共享資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。如果有多個(gè)線(xiàn)程試圖同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)臨界區,那么 在有一個(gè)線(xiàn) 程進(jìn)入后其他所有試圖訪(fǎng)問(wèn)此臨界區的線(xiàn)程將被掛起,并一直持續到進(jìn)入臨界區的線(xiàn)程離開(kāi)。臨界區在被釋放后,其他線(xiàn)程可以繼續搶占,并以此達到用原子方式操 作共享資源的目的。
臨界區包含兩個(gè)操作原語(yǔ):
EnterCriticalSection() 進(jìn)入臨界區
LeaveCriticalSection() 離開(kāi)臨界區
EnterCriticalSection() 語(yǔ)句執行后代碼將進(jìn)入臨界區以后無(wú)論發(fā)生什么,必須確保與之匹配的 LeaveCriticalSection()都能夠被執行到。否則臨界區保護的共享資源將永遠不會(huì )被釋放。雖然臨界區同步速度很快,但卻只能用來(lái)同步本 進(jìn)程內的線(xiàn)程,而不可用來(lái)同步多個(gè)進(jìn)程中的線(xiàn)程。
MFC提供了很多功能完備的類(lèi), 我用MFC實(shí)現了臨界區。MFC為臨界區提供有一個(gè) CCriticalSection類(lèi),使用該類(lèi)進(jìn)行線(xiàn)程同步處理是 非常簡(jiǎn)單的。只需在線(xiàn)程函數中用CCriticalSection類(lèi)成員函數Lock()和UnLock()標定出被保護代碼片段即可。Lock()后代 碼用到的資源自動(dòng)被視為臨界區內的資源被保護。UnLock后別的線(xiàn)程才能訪(fǎng)問(wèn)這些資源。
互斥量(Mutex)
互 斥 量跟臨界區很相似,只有擁有互斥對象的線(xiàn)程才具有訪(fǎng)問(wèn)資源的權限,由于互斥對象只有一個(gè),因此就決定了任何情況下此共享資源都不會(huì )同時(shí)被多個(gè)線(xiàn)程 所訪(fǎng)問(wèn)。當前占據資源的線(xiàn)程在任務(wù)處理完后應將擁有的互斥對象交出,以便其他線(xiàn)程在獲得后得以訪(fǎng)問(wèn)資源?;コ饬勘扰R界區復雜。因為使用互斥不僅僅能夠在同 一應用程序不同線(xiàn)程中實(shí)現資源的安全共享,而且可以在不同應用程序的線(xiàn)程之間實(shí)現對資源的安全共享。
互斥量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateMutex() 創(chuàng )建一個(gè)互斥量
OpenMutex() 打開(kāi)一個(gè)互斥量
ReleaseMutex() 釋放互斥量
WaitForMultipleObjects() 等待互斥量對象
同樣MFC為互斥量提供有一個(gè)CMutex類(lèi)。使用CMutex類(lèi)實(shí)現互斥量操作非常簡(jiǎn)單,但是要特別注意對CMutex的構造函數的調用
CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)
不用的參數不能亂填,亂填會(huì )出現一些意想不到的運行結果。
信號量(Semaphores)
信 號量對象對線(xiàn)程的同步方式與前面幾種方法不同,信號允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)使用共享資源,這與操作系統中的PV操作相同。它指出了同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)共享 資源的線(xiàn)程 最大數目。它允許多個(gè)線(xiàn)程在同一時(shí)刻訪(fǎng)問(wèn)同一資源,但是需要限制在同一時(shí)刻訪(fǎng)問(wèn)此資源的最大線(xiàn)程數目。在用CreateSemaphore()創(chuàng )建信號量 時(shí)即要同時(shí)指出允許的最大資源計數和當前可用資源計數。一般是將當前可用資源計數設置為最大資源計數,每增加一個(gè)線(xiàn)程對共享資源的訪(fǎng)問(wèn),當前可用資源計數 就會(huì )減1,只要當前可用資源計數是大于0的,就可以發(fā)出信號量信號。但是當前可用計數減小到0時(shí)則說(shuō)明當前占用資源的線(xiàn)程數已經(jīng)達到了所允許的最大數目, 不能在允許其他線(xiàn)程的進(jìn)入,此時(shí)的信號量信號將無(wú)法發(fā)出。線(xiàn)程在處理完共享資源后,應在離開(kāi)的同時(shí)通過(guò)ReleaseSemaphore()函數將當前可 用資源計數加1。在任何時(shí)候當前可用資源計數決不可能大于最大資源計數。
PV操作及信號量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個(gè)整數,S大于等于零時(shí)代表可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數,但S小于零時(shí)則表示正在等待使用共享資源的進(jìn)程數。
P操作 申請資源:
(1)S減1;
(2)若S減1后仍大于等于零,則進(jìn)程繼續執行;
(3)若S減1后小于零,則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號相對應的隊列中,然后轉入進(jìn)程調度。
V操作 釋放資源:
(1)S加1;
(2)若相加結果大于零,則進(jìn)程繼續執行;
(3)若相加結果小于等于零,則從該信號的等待隊列中喚醒一個(gè)等待進(jìn)程,然后再返回原進(jìn)程繼續執行或轉入進(jìn)程調度。
信號量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateSemaphore() 創(chuàng )建一個(gè)信號量
OpenSemaphore() 打開(kāi)一個(gè)信號量
ReleaseSemaphore() 釋放信號量
WaitForSingleObject() 等待信號量
事件(Event)
事件對象也可以通過(guò)通知操作的方式來(lái)保持線(xiàn)程的同步。并且可以實(shí)現不同進(jìn)程中的線(xiàn)程同步操作。
信號量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateEvent() 創(chuàng )建一個(gè)信號量
OpenEvent() 打開(kāi)一個(gè)事件
SetEvent() 回置事件
WaitForSingleObject() 等待一個(gè)事件
WaitForMultipleObjects() 等待多個(gè)事件
WaitForMultipleObjects 函數原型:
WaitForMultipleObjects(
IN DWORD nCount, // 等待句柄數
IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄數組
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待標志
IN DWORD dwMilliseconds //等待時(shí)間
)
參 數nCount指定了要等待的內核對象的數目,存放這些內核對象的數組由lpHandles來(lái)指向。fWaitAll對指定的這nCount個(gè)內核 對象的兩種等待方式進(jìn)行了指定,為T(mén)RUE時(shí)當所有對象都被通知時(shí)函數才會(huì )返回,為FALSE則只要其中任何一個(gè)得到通知就可以返回。 dwMilliseconds在這里的作用與在WaitForSingleObject()中的作用是完全一致的。如果等待超時(shí),函數將返回 WAIT_TIMEOUT。
總結:
1. 互斥量與臨界區的作用非常相似,但互斥量是可以命名的,也就是說(shuō)它可以跨越進(jìn)程使用。所以創(chuàng )建互斥量需要的資源更多,所以如果只為了在進(jìn)程內部是用的話(huà)使 用臨界區會(huì )帶來(lái)速度上的優(yōu)勢并能夠減少資源占用量。因為互斥量是跨進(jìn)程的互斥量一旦被創(chuàng )建,就可以通過(guò)名字打開(kāi)它。
2. 互斥量(Mutex),信號燈(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越進(jìn)程使用來(lái)進(jìn)行同步數據操作,而其他的對象與數據同步操作無(wú)關(guān),但 對于進(jìn)程和線(xiàn)程來(lái)講,如果進(jìn)程和線(xiàn)程在運行狀態(tài)則為無(wú)信號狀態(tài),在退出后為有信號狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來(lái)等待進(jìn)程和 線(xiàn)程退出。
3. 通過(guò)互斥量可以指定資源被獨占的方式使用,但如果有下面一種情況通過(guò)互斥量就無(wú)法處理,比如現在一位用戶(hù)購買(mǎi)了一份三個(gè)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)許可的數據庫系統,可以根 據用戶(hù)購買(mǎi)的訪(fǎng)問(wèn)許可數量來(lái)決定有多少個(gè)線(xiàn)程/進(jìn)程能同時(shí)進(jìn)行數據庫操作,這時(shí)候如果利用互斥量就沒(méi)有辦法完成這個(gè)要求,信號燈對象可以說(shuō)是一種資源計數 器