windows 下線(xiàn)程的同步和互斥的方法
1?；コ饬?Mutex
2。事件 event
3. 信號量 Semaphore
4. 臨界區 Critical section
互斥與同步
互斥和同步是兩個(gè)緊密相關(guān)而又容易混淆的概念。
互斥：是指某一資源同時(shí)只允許一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)者對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，具有唯一性和排它性。但互斥無(wú)法限制訪(fǎng)問(wèn)者對資源的訪(fǎng)問(wèn)順序，即訪(fǎng)問(wèn)是無(wú)序的。
同步：是指在互斥的基礎上（大多數情況），通過(guò)其它機制實(shí)現訪(fǎng)問(wèn)者對資源的有序訪(fǎng)問(wèn)。在大多數情況下，同步已經(jīng)實(shí)現了互斥，特別是所有寫(xiě)入資源的情況必定是互斥的。少數情況是指可以允許多個(gè)訪(fǎng)問(wèn)者同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)資源，如“第一類(lèi)讀寫(xiě)者模型”。
Windows下的互斥同步機制
Windows下提供了多種內核對象實(shí)現線(xiàn)程、進(jìn)程間的同步和互斥，常用的有：
關(guān)鍵節（Critical Section）：關(guān)鍵節不是內核對象，在用戶(hù)態(tài)實(shí)現了同一進(jìn)程中線(xiàn)程的互斥。由于使用時(shí)不需要從用戶(hù)態(tài)切換到核心態(tài)，所以速度很快（X86系統上約為20個(gè)指令周期），但其缺點(diǎn)是不能跨進(jìn)程同步，同時(shí)不能指定阻塞時(shí)的等待時(shí)間，只能無(wú)限等待。
互斥體：（Mutex）：互斥體實(shí)現了和關(guān)鍵節類(lèi)似的互斥功能，但區別在于：互斥體是內核對象，可以實(shí)現跨進(jìn)程互斥，但需要在用戶(hù)態(tài)和核心態(tài)之間切換，速度比關(guān)鍵節慢得多（X86系統上約為600個(gè)指令周期），同時(shí)可以指定阻塞時(shí)的等待時(shí)間。
事件（Event）：事件也是內核對象，具有“信號態(tài)”和“無(wú)信號態(tài)”兩種狀態(tài)。當某一線(xiàn)程等待一個(gè)事件時(shí)，如果事件為信號態(tài)，將繼續執行，如果事件為無(wú)信號態(tài)，那么線(xiàn)程被阻塞。線(xiàn)程能夠指定阻塞時(shí)的等待時(shí)間。
信號量（Semaphore）：信號量是一個(gè)資源計數器，當某線(xiàn)程獲取某信號量時(shí)，信號量計數首先減1，如果計數小于0，那么該線(xiàn)程被阻塞；當某縣城釋放某信號量時(shí)，信號量計數首先加1，如果計數小于或等與0，那么喚醒某被阻塞的線(xiàn)程并執行之。對信號量的總結如下：
1． 如果計數器m大于0，表示還有m個(gè)資源可以訪(fǎng)問(wèn)，此時(shí)信號量線(xiàn)程等待隊列中沒(méi)有線(xiàn)程被阻塞，新的線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)資源也不會(huì )被阻塞；
2． 如果計數器m等與0，表示沒(méi)有資源可以訪(fǎng)問(wèn)，此時(shí)信號量線(xiàn)程等待隊列中沒(méi)有線(xiàn)程被阻塞，但新的線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)資源會(huì )被阻塞；
3． 如果計數器m小于0，表示沒(méi)有資源可以訪(fǎng)問(wèn)，此時(shí)信號量線(xiàn)程等待隊列中有abs（m）個(gè)線(xiàn)程被阻塞，新的線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)資源會(huì )被阻塞；
信號量常被用于保證對多個(gè)資源進(jìn)行同步訪(fǎng)問(wèn)。
生產(chǎn)者－消費者模型
生產(chǎn)者－消費者模型是指：
1． 生產(chǎn)者進(jìn)行生產(chǎn)將物品放入倉庫，同一時(shí)間只能有一個(gè)生產(chǎn)者將物品放入倉庫，如果倉庫滿(mǎn)，生產(chǎn)者等待。
2． 消費者從倉庫中取出物品，同一時(shí)間只能有一個(gè)消費者取出物品，如果倉庫空，消費者等待；
3． 生產(chǎn)者將物品放入倉庫時(shí)消費者不能同時(shí)??；
4． 消費者取物品時(shí)生產(chǎn)者不能放入物品；
總之，就是生產(chǎn)者群體或消費者群體內部是互斥的，兩個(gè)群體之間是同步的。
當只有一個(gè)生產(chǎn)者、消費者時(shí)，由于同一群體內部不需要互斥，所以只需在群體之間實(shí) 現同步即可。例如可以使用兩個(gè)Event／CriticalSection／Mutex／Semaphore實(shí)現同步；
如果有多個(gè)生產(chǎn)者和消費者，那么情況會(huì )復雜些，需要一個(gè)Event／CriticalSection／Mutex實(shí)現線(xiàn)程之間的互斥，需要兩個(gè)Semaphore實(shí)現兩個(gè)線(xiàn)程群體間的同步。一個(gè)例子如下：
HANDLE m_S_Producer; // Semaphore
HANDLE m_S_Consumer; // Semaphore
HANDLE m_E_Queue; // Event
// 假設倉庫最多容納M個(gè)物品，開(kāi)始倉庫為空
m_S_Producer = CreateSemaphore(NULL, M, M, NULL); //初始計數為M
m_S_Consumer = CreateSemaphore(NULL, 0, M, NULL); //初始計數為0
m_E_Queue = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, NULL); //自動(dòng)類(lèi)型，初始狀態(tài)為信號態(tài)
生產(chǎn)者
if (WaitForSingleObject(m_S_Producer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
if (WaitForSingleObject(m_E_Queue, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, put product
// relase comsumer’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Consumer, 1, NULL);
// set event to signal
SetEvent(m_E_Queue);
return TRUE;
}
else // wait event time out
{
// not put product so release producer
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
SetEvent(m_E_Queue);
return FALSE;
}
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
消費者
if (WaitForSingleObject(m_S_Consumer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
if (WaitForSingleObject(m_E_Queue, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, Get product then
// releasee productor’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
// set event to signal
SetEvent(m_E_Queue);
return TRUE;
}
else // wait event time out
{
// not get product so release Consumer
ReleaseSemaphore(m_S_Consumer, 1, NULL);
SetEvent(m_E_Queue);
return FALSE;
}
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
特別需要注意的是，在該模型中，對互斥量（本例為m_E_Queue）的等待必須放在第二個(gè)等待位置，否則可能將造成線(xiàn)程死鎖?？紤]這樣的情況：倉庫已滿(mǎn)，沒(méi)有任何線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)。某一時(shí)刻，生產(chǎn)者放入物品，首先等待m_E_Queue并通過(guò)，且將m_E_Queue置于無(wú)信號態(tài)，然后等待m_S_Produce時(shí)被阻塞。這時(shí)某一消費者欲取物品，無(wú)論在什么情況下，都將在等待m_E_Queue時(shí)被阻塞，從而相互等待造成死鎖。在釋放同步對象時(shí)則位置不受限制。
多個(gè)生產(chǎn)者一個(gè)消費者
這時(shí)一種常用的變形。如果倉庫是一個(gè)隊列（先進(jìn)先出），此時(shí)消費者內部將不需要互斥。
消費者
if (WaitForSingleObject(m_S_Consumer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, Get product then
// releasee productor’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
return TRUE;
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
此時(shí)可能出現消費者、生產(chǎn)者同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)資源的情況，但生產(chǎn)者群體和消費者群體之間的同步機制，以及隊列的先進(jìn)先出機制將保證即使消費者、生產(chǎn)者同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)資源，也不會(huì )發(fā)生沖突。
多個(gè)消費者一個(gè)生產(chǎn)者的情況類(lèi)似。
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