线程的同步控制（Synchronization)

Posted 2020-10-31 alvinyk

• 临界区(Critical Sections)

  • 摘要

    • 临界区(Critical Section) 用来实现“排他性占有”。适合范围时单一进程的各线程之间。
  • 特点
    • 一个局部对象，不是一个核心对象
    • 快速而有效率
    • 不能够同时有一个以上的Critical Section被等待
    • 无法侦测是否已经被某个线程放弃
  • 相关函数
    • 定义：CRITICAL_SECTION
    • 初始化：InitializaCriticalSection()
    • 进入：EnterCriticalSection()
    • 离开：LeaveCriticalSection()
    • 删除：DeleteCriticalSection()
  • 死锁(deadlock)
    • 任何时候当一段代码需要两个（或更多）资源时，都有潜在性的死锁阴影。如哲学家进餐问题。

• 互斥器(Mutexes)

  • 摘要
    • Mutex 是一个核心对象，可以在不同的线程之间实现“排他性占有”，甚至即使那些线程分属不同进程。
  • 特点
    • 一个核心对象
    • 如果拥有Mutex的那个线程结束，则会产生一个“abandoned" 错误信息
    • 可以使用Wait...() 等待一个或多个mutex
    • 可以具名，因此可以被其他进程开启
    • 只能被拥有它的那个线程释放
  • 相关函数
    • 定义：Mutex
    • 产生：CreateMutex()
    • 打开：openMutex()
    • 等待（或进入）：WaitForSigleObject()、WaitForMultipleObjects()、MsgWaitForMultipleObjects()
    • 释放：ReleaseMutex()
    • 删除：CloseHandle()
  • Mutex 和 Critical Section 对比
    • 锁住一个未被拥有的Mutex，比锁住一个未被拥有的critical section，需要花费几乎100倍的时间。因为critical section 运行在usermode。
    • Mutexes 可以跨进程使用个。Critical Section 只能够在同一个进程中使用
    • 等待一个Mutex时，可以指定“结束等待”的时间长度。critical section则不行。
    • Mutex可以设置同时等待多个，critical section只能等待一个

• 信号量(Semaphores)

  • 摘要
    • Semaphores被用来追踪有限的资源
  • 特点
    • 是一个核心对象
    • 没有拥有者
    • 可以具名，因此可以被其他进程开启
    • 可以被任何一个线程释放
  • 相关函数
    • 产生：CreateSamaphore()
    • 获取：WaitForSingleObject()、WaitForMultipleObjects()
    • 解除：ReleaseSemaphore()

• 事件(Event)

  • 摘要
    • Event Object 通常使用于overlapped I/O，或用来设计某些自定义的同步对象
  • 特点
    • 是一个核心对象
    • 完全在程序的掌握之下
    • 适用于设计新的同步对象
    • “要求苏醒”的请求并不会被存储起来，可能会遗忘掉
    • 可以具名，因此可以被其他进程开启
  • 相关函数
    • 产生：CreateEvent()
    • 激发：SetEvent()
    • 复位：ResetEvent()
    • 激发：PulseEvent()
  • 激发函数比较
    • 自动模式(Auto Reset Event):
      • PulseEvent和SetEvent作用相同，调用后正在等候事件的，被挂起的单个线程会进入活动状态，事件随后设回无信号。
    • 手动模式(Manual Reset Event):
      • PulseEvent：调用后正在等候事件的，被挂起的单个线程会进入活动状态，事件随后设回无信号。
      • SetEvent：调用后正在等候事件的，被挂起的所有线程会进入活动状态，需要等待ResetEvent调用才能将事件设回无信号。

• Interlocked Variable

  • 摘要
    • 如果Interlocked...() 函数被使用于所谓的spin-lock，那么他们只是一种同步机制。所谓spin-lock是一种busy loop，被预期在极短时间内执行，所以有最小的额外负担（overhead）。系统核心偶尔会使用他们。除此只外，Interlocked variable 主要用于引用计数。
  • 特点
    • 运行对4字节的数值有些基本的同步操作，不需动用critical section 或 Mutex 之类
    • 在SMP（Symmetric Multi-Processors)操作系统中亦可有效运作
  • 相关函数
    • 加一：InterlockedIncrement()
    • 减一：InterlockedDecrement()
    • 设值：InterlockedExchange