用內核對象同步線程

 

       用戶方式同步具有速度快的優點。但是它的缺點特是顯而易見的。

• 首先，用互鎖函數家族的時候，這些函數只能用在單值數據上
• 如果用關鍵代碼段的話，只能對單個進程中的線程進行同步。而且容易出現死瑣，而且不能設置等待時間

那麼內核對象就克服了用戶方式同步的幾個缺點，能夠在不同進程間對線程實施同步，而且處理完全不止在單值數據上。但是內核方式同步線程時，必須將線程進入到內核方式，這樣就使處理速度大大降低。這也是內核方式的缺點，所以還是能用用戶方式處理的就用用戶方式來處理。

現在來說下一個很多內核對象都具有的特性，這就是signaled/nonsignaled特性。

這個特性是這樣的：在內核對象處於運行狀態時，他就是nonsignaled狀態，當內核對象運行結束時，就會處於signaled狀態。在內核對象中是用一個bool值來表示的。所以查看內核對象的狀態很容易。只要查這個值就可以了。所以當線程要等待的內核對象處於signaled狀態時，那麼這個線程就可以被CPU調度，否則處於等待狀態。

擁有這個特性的內核對象有：

· Processes	· File change notifications
· Threads	· Events
· Jobs	· Waitable timers
· Files	· Semaphores
· Console input	· Mutexes

現在就來重點說下Event,waitable timer,Semaphore,Mutex.這四個用的比較多。

在說這四個內核對象之前先來說下能讓線程進入等待狀態的函數，也就是去等待上面四個內核對象的狀態的函數。他們有

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hObject,DWORD dwMillisecounds)

參數：

• 第1個參數就是要等待的對象的HANDLE，可以是上面四個中的一個。
• 第2個參數是等待超時時間。

返回值

• WAIT_OBJECT_0//成功等待。也就是內核對象已經爲signaled，線程成爲可調度線程
• WAIT_TIMEOUT//因爲超時，線程重新喚醒，成爲可調度的
• WAIT_FAILED//將一個錯誤的值傳遞給WaitForSingleObject，比如傳遞了一個無效句柄。

DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD dwCount,CONST HANDLE *phObjects,BOOL fWaitAll,DWORD dwMillisecounds)

參數：

• dwCount  //想要讓函數查看的內核對象的數目，這個值必須在1到MAXIMUN_WAIT_OBJECTS(64)
• phObjects    //指向內核對象句柄的數組的指針
• fWaitAll      //如果爲TRUE，就是等待到所有內核對象都signaled。FALSE則是只要有一個signaled就喚醒
• dwMillisecounds     //超時時間

返回值：

和WaitForSingleObject一樣。只是，如果fWaitAll==false。那麼如果想得到哪個對象signaled就可以將返回值剪去WAIT_OBJECT_0。（前提是，返回值即不是WAIT_TIMEOUT也不是WAIT_FAILED）

其實再調用上面兩個函數時，如果等待成功（就是返回值爲WAIT_OBJECT_0），會對內核對象產生一個副作用。有的內核對象的副作用就是改變的內核對象的狀態（比如自動清楚內核對象）。有的內核對象則沒有任何副作用（比如線程，進程內核對象）。

下面就來逐一介紹Event,Waitable timer,Semaphrone,Mutex對象

先是Event對象。Event對象是最基本的內核對象。它包括：

1.        使用計數器

2.       自動重置/人工重置開關

3.       signaled/nonsignal開關

1，3不用多介紹。 重點說下2。什麼叫自動重置？就是所有等待的線程，當Event對象變成signaled狀態時，只會隨即的挑選一個線程進入可調度狀態。然後Event對象會被自動置爲nonsignaled狀態。而人工重置是當Event對象變成signaled時候，所有等待的線程都會被置爲可調度狀態。CPU會給他們都分配時間片。而且不會自動將Event狀態置爲nonsignaled。要通過ResetEvent將Event變爲nonsignaled。

至於創建Event內核對象CreateEvent函數，可以查找MSDN。

然後就是WaitableTimer內核對象。

CreateWaitableTimer OpenWaitableTimer的使用可以查找MSDN。重點說下設置WaitableTimer

設置WaitableTimer使用SetWaitbaleTimer。原形如下：

BOOL SetWaitableTimer(

    HANDLE hTimer, // handle to a timer object
    const LARGE_INTEGER *pDueTime, // when timer will become signaled
    LONG lPeriod, // periodic timer interval
    PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine, // pointer to the completion routine
    LPVOID lpArgToCompletionRoutine, // data passed to the completion routine
    BOOL fResume // flag for resume state
   );

參數：

• *pDueTime是等待定時器第1次報時的時間。可以爲這個參數傳遞0，表示調用函數的時候就報時。或者傳遞一個負值，表示調用這個函數開始延遲n*100ns後開始第1次報時。
• pfnCompletionRoutine指向一個函數的地址。如果這項不爲NULL，那麼當定時器報時的時候，會講這個函數放入線程的APC隊列。（什麼是APC會在以後詳細介紹）

下面再來說下 Semaphore。

Semaphroe的作用是爲一個資源計數，而這個資源又是多個的。比如說你想對一個擁有10個元素的數組進行同步。那麼就可以用Semaphore。當10個元素都被佔用的時候。Semaphore就處於nonsignaled狀態，反之，有元素可以被處理的時候就處於nignaled狀態。

Semapore包括：

1.       使用計數器

2.       最大資源數量

3.       當前可使用資源數量

他的使用規則是：

1.       當前資源大於0，發出信標信號（處於signaled狀態）

2.       當前資源等於0，不發出信號

3.       0<=當前資源<=最大資源

CreateSemaphore OpenSemaphore ReleaseSemaphore可以查看MSDN

ReleaseSemaphore是將Semaphore的可使用資源進行增加。

最後就是Mutex了。Mutex是使用的最多的線程同步內核對象。它的作用是保證線程對單個資源的互斥訪問權。它包括：

• 使用計數器
• 擁有Mutex的線程ID
• 遞歸計數器//該線程擁有互斥對象的次數

Mutex的使用規則是：

• 線程ID爲0，互斥對象不被任何線程所擁有，並且發出該互斥對象的通知信號
• 線程ID不爲0，那麼線程就擁有該互斥對象，不發出通知信號

CreateMutx OpenMutex ReleaseMutex查看MSDN

下面是互斥對象與關鍵代碼段的比較

Characteristic	Mutex	Critical Section
Performance	Slow	Fast
Can be used across process boundaries	Yes	No
Declaration	HANDLE hmtx;	CRITICAL_SECTION cs;
Initialization	hmtx= CreateMutex (NULL, FALSE, NULL);	InitializeCriticalSection(&cs);
Cleanup	CloseHandle(hmtx);	DeleteCriticalSection(&cs);
Infinite wait	WaitForSingleObject (hmtx, INFINITE);	EnterCriticalSection(&cs);
0 wait	WaitForSingleObject (hmtx, 0);	TryEnterCriticalSection(&cs);
Arbitrary wait	WaitForSingleObject (hmtx, dwMilliseconds);	Not possible
Release	ReleaseMutex(hmtx);	LeaveCriticalSection(&cs);
Can be waited on with other kernel objects	Yes (use WaitForMultipleObjects or similar function)	No