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线程，临界区的研究

2024-08-07 12:49:33   217人阅读

线程是进程的一条执行路径，它包含独立的堆栈和CPU寄存器状态，每个线程共享所有的进程资源，包括打开的文件、信号标识及动态分配的内存等。一个进程内的所有线程使用同一个地址空间，而这些线程的执行由系统调度程序控制，调度程序决定哪个线程可执行以及什么时候执行线程。线程有优先级别，优先权较低的线程必须等到优先权较高的线程执行完后再执行。在多处理器的机器上，调度程序可将多个线程放到不同的处理器上去运行，这样可使处理器任务平衡，并提高系统的运行效率。
多线程编程在Win32方式下和MFC类库支持下的原理是一致的，进程的主线程在任何需要的时候都可以创建新的线程。当线程执行完后，自动终止线程; 当进程结束后，所有的线程都终止。所有活动的线程共享进程的资源，因此，在编程时需要考虑在多个线程访问同一资源时产生冲突的问题。当一个线程正在访问某进程对象，而另一个线程要改变该对象，就可能会产生错误的结果，编程时要解决这个冲突。
1. 用Win32函数创建和终止线程
Win32函数库中提供了操作多线程的函数，包括创建线程、终止线程、建立互斥区等。在应用程序的主线程或者其他活动线程中创建新的线程的函数如下： HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,DWORD dwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,LPVOID lpParameter,DWORD dwCreationFlags,LPDWORD lpThreadId);
如果创建成功则返回线程的句柄，否则返回NULL。创建了新的线程后，该线程就开始启动执行了。但如果在dwCreationFlags中使用了CREATE_SUSPENDED特性，那么线程并不马上执行，而是先挂起，等到调用ResumeThread后才开始启动线程，在这个过程中可以调用下面这个函数来设置线程的优先权： BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread,int nPriority); 当调用线程的函数返回后，线程自动终止。如果需要在线程的执行过程中终止则可调用函数： VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
如果在线程的外面终止线程，则可调用下面的函数：
BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
但应注意: 该函数可能会引起系统不稳定，而且线程所占用的资源也不释放。因此，一般情况下，建议不要使用该函数。
如果要终止的线程是进程内的最后一个线程，则线程被终止后相应的进程也应终止。
2. 线程的同步
在线程体内，如果该线程完全独立，与其他线程没有数据存取等资源操作上的冲突，则可按照通常单线程的方法进行编程。但是，在多线程处理时情况常常不是这样，线程之间经常要同时访问一些资源。由于对共享资源进行访问引起冲突是不可避免的，为了解决这种线程同步问题，Win32 API提供了多种同步控制对象来帮助程序员解决共享资源访问冲突。在介绍这些同步对象之前先介绍一下等待函数，因为所有控制对象的访问控制都要用到这个函数。
Win32 API提供了一组能使线程阻塞其自身执行的等待函数。这些函数在其参数中的一个或多个同步对象产生了信号后才会返回，或者超过规定的等待时间后也会返回。
在等待函数未返回时，线程处于等待状态，此时线程只消耗很少的CPU时间。使用等待函数既可以保证线程的同步，又可以提高程序的运行效率。最常用的等待函数是： DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle，DWORD dwMilliseconds);
This function returns when the specified object is in the signaled state or when the time-out interval elapses.
而函数WaitForMultipleObject可以用来同时监测多个同步对象，该函数的声明为： DWORD WaitForMultipleObject(DWORD nCount,CONST HANDLE *lpHandles,BOOL bWaitAll,DWORD dwMilliseconds);
下面是处理临界区的几种对象
（1）互斥体对象 Mutex
Mutex对象的状态在它不被任何线程拥有时才有信号，而当它被拥有时则无信号。Mutex对象很适合用来协调多个线程对共享资源的互斥访问。可按下列步骤使用该对象：
首先，建立互斥体对象，得到句柄：
HANDLE CreateMutex(); 然后，在线程可能产生冲突的区域前（即访问共享资源之前）调用WaitForSingleObject，将句柄传给函数，请求占用互斥对象：
dwWaitResult = WaitForSingleObject(hMutex,5000L);
共享资源访问结束，释放对互斥体对象的占用： ReleaseMutex(hMutex);
互斥体对象在同一时刻只能被一个线程占用，当互斥体对象被一个线程占用时，若有另一线程想占用它，则必须等到前一线程释放后才能成功。 （2）信号对象 信号对象允许同时对多个线程共享资源进行访问，在创建对象时指定最大可同时访问的线程数。当一个线程申请访问成功后，信号对象中的计数器减一，调用ReleaseSemaphore函数后，信号对象中的计数器加一。其中，计数器值大于或等于０，但小于或等于创建时指定的最大值。如果一个应用在创建一个信号对象时，将其计数器的初始值设为０，就阻塞了其他线程，保护了资源。等初始化完成后，调用ReleaseSemaphore函数将其计数器增加至最大值，则可进行正常的存取访问。可按下列步骤使用该对象： 首先，创建信号对象： HANDLE CreateSemaphore(); 或者打开一个信号对象： HANDLE OpenSemaphore();
然后，在线程访问共享资源之前调用WaitForSingleObject。 共享资源访问完成后，应释放对信号对象的占用： ReleaseSemaphore(); （3）事件对象 事件对象(Event)是最简单的同步对象，它包括有信号和无信号两种状态。在线程访问某一资源之前，需要等待某一事件的发生，这时用事件对象最合适。例如：只有在通信端口缓冲区收到数据后，监视线程才被激活。

事件对象是用CreateEvent函数建立的。该函数可以指定事件对象的类和事件的初始状态。如果是手工重置事件，那么它总是保持有信号状态，直到用ResetEvent函数重置成无信号的事件。如果是自动重置事件，那么它的状态在单个等待线程释放后会自动变为无信号的。用SetEvent可以把事件对象设置成有信号状态。在建立事件时，可以为对象命名，这样其他进程中的线程可以用OpenEvent函数打开指定名字的事件对象句柄。 （4）排斥区对象 在排斥区中异步执行时，它只能在同一进程的线程之间共享资源处理。虽然此时上面介绍的几种方法均可使用，但是，使用排斥区的方法则使同步管理的效率更高。 使用时先定义一个CRITICAL_SECTION结构的排斥区对象，在进程使用之前调用如下函数对对象进行初始化: VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION); 当一个线程使用排斥区时，调用函数：EnterCriticalSection或者TryEnterCriticalSection; 当要求占用、退出排斥区时，调用函数LeaveCriticalSection，释放对排斥区对象的占用，供其他线程使用。

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7057cef40100q3oi.html

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