四种进程或线程同步互斥的控制方法1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。
2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。
3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。
4、事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。
一临界区临界区的使用在线程同步中应该算是比较简单,说它简单还是说它同后面讲到的其它方法相比更容易理解。
举个简单的例子:比如说有一个全局变量(公共资源)两个线程都会对它进行写操作和读操作,如果我们在这里不加以控制,会产生意想不到的结果。
假设线程A 正在把全局变量加1然后打印在屏幕上,但是这时切换到线程B,线程B又把全局变量加1然后又切换到线程A,这时候线程A打印的结果就不是程序想要的结果,也就产生了错误。
解决的办法就是设置一个区域,让线程A在操纵全局变量的时候进行加锁,线程B如果想操纵这个全局变量就要等待线程A释放这个锁,这个也就是临界区的概念。
二互斥体windows api中提供了一个互斥体,功能上要比临界区强大。
也许你要问,这个东东和临界区有什么区别,为什么强大?它们有以下几点不一致:1.critical section是局部对象,而mutex是核心对象。
因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。
2.critical section是快速高效的,而mutex同其相比要慢很多3.critical section使用围是单一进程中的各个线程,而mutex由于可以有一个名字,因此它是可以应用于不同的进程,当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。
4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放,而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。
同时mutex只能被拥有它的线程释放。
下面举两个应用mutex 的例子,一个是程序只能运行一个实例,也就是说同一个程序如果已经运行了,就不能再运行了;另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。
三事件事件对象的特点是它可以应用在重叠I/O(overlapped I/0)上,比如说socket编程中有两种模型,一种是重叠I/0,一种是完成端口都是可以使用事件同步。
它也是核心对象,因此可以被waitforsingleobje这些函数等待;事件可以有名字,因此可以被其他进程开启。
四信号量semaphore的概念理解起来可能要比mutex还难,我先简单说一下创建信号量的函数,因为我在开始使用的时候没有很快弄清楚,可能现在还有理解不对的地方,如果有错误还是请大侠多多指教。
CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, // SDLONG lInitialCount, // initial countLONG lMaximumCount, // maximum countLPCTSTR lpName // object name)第一个参数是安全性,可以使用默认的安全性选项NULL;第二个和第三个参数是两个long 型的数值,它们表示什么含义呢?lMaxinumCount表示信号量的最大值,必须要大于零。
比如是5就表示可以有5个进程或者线程使用,如果第六个进程或者线程想使用的话就必须进入等待队列等待有进程或者线程释放资源。
lInitalCount表示信号量的初始值,应该大于或者等于零小于等于lMaximumCount。
如果lInitialCount = 0 && lMaximumCount == 5,那么就表示当前资源已经全部被使用,如果再有进程或者线程想使用的话,信号量就会变成-1,该进程或者线程进入等待队列,直到有进程或者线程执行ReleaseMutex;如果lInitialCount = 5 && lMaximumCount == 5,那么就表示现在信号量可以被进程或者线程使用5次,再之后就要进行等待;如果InitialCount = 2 && MaximumCount == 5这样的用法不太常见,表示还可以调用两次CreateSemaphore或者OpenSemaphore,再调用的话就要进入等待状态。
最后一个参数表示这个信号量的名字,这样就可以跨进程的时候通过这个名字OpenSemaphore。
总结:1.互斥量与临界区的作用非常相似,但互斥量是可以命名的,也就是说它可以跨越进程使用。
所以创建互斥量需要的资源更多,所以如果只为了在进程部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。
因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建,就可以通过名字打开它。
2.互斥量(Mutex),信号灯(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作,而其他的对象与数据同步操作无关,但对于进程和线程来讲,如果进程和线程在运行状态则为无信号状态,在退出后为有信号状态。
所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。
3.通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用,但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理,比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统,可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作,这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求,信号灯对象可以说是一种资源计数器。
六。
CreateMutex()与CreateEvent() 区别使用CreateMutex()来产生一个Mutex物件,而传入的Mutex名称字串用以区别不同的Mutex,也就是说,不管是哪个Process/Thread,只要传入的名称叁数是相同的一个字串,那CreateMutex()传回值(hMutex, handle of Mutex)会指向相同的一个Mutex物件。
这和Event物件相同。
然而Mutex和Event有很大的不同,Mutex有Owner的概念,如果Mutex 为ThreadA所拥有,那麽ThreadA执行WaitForSingleObject()时,并不会停下来,而会立即传回WAIT_OBJECT_0,而其他的Thread执行WaitForSingleObject()则会停下来,直到Mutex的所有权被Release出来或Time Out。
如果一个Thread已取得Mutex的所有权,而它呼叫WaitForSingleObject()n 次,则也要使用ReleaseMutex n次才能够将Mutex的拥有权放弃,这和Event也不同,而且,非Mutex拥有者呼叫ReleaseMutex也不会有任何作用。
而每次以WaitForSingleObject呼叫一次,Mutex会有一个计数器会加一,ReleaseMutex成功会减一,直到Mutex的计数器为0之後,系统才会将之去除。
临界区(Critical Section)保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。
在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。
如果有多个线程试图同时访问临界区,那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起,并一直持续到进入临界区的线程离开。
临界区在被释放后,其他线程可以继续抢占,并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。
临界区包含两个操作原语:EnterCriticalSection()进入临界区LeaveCriticalSection()离开临界区EnterCriticalSection()语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么,必须确保与之匹配的LeaveCriticalSection()都能够被执行到。
否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。
虽然临界区同步速度很快,但却只能用来同步本进程的线程,而不可用来同步多个进程中的线程。
MFC提供了很多功能完备的类,我用MFC实现了临界区。
MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类,使用该类进行线程同步处理是非常简单的。
只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock()和UnLock()标定出被保护代码片段即可。
Lock()后代码用到的资源自动被视为临界区的资源被保护。
UnLock后别的线程才能访问这些资源。
互斥量(Mutex)互斥量跟临界区很相似,只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限,由于互斥对象只有一个,因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。
当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出,以便其他线程在获得后得以访问资源。
互斥量比临界区复杂。
因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享,而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
互斥量包含的几个操作原语:CreateMutex()创建一个互斥量OpenMutex()打开一个互斥量ReleaseMutex()释放互斥量WaitForMultipleObjects()等待互斥量对象同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。
使用CMutex类实现互斥量操作非常简单,但是要特别注意对CMutex的构造函数的调用CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)不用的参数不能乱填,乱填会出现一些意想不到的运行结果。
信号量(Semaphores)信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同,信号允许多个线程同时使用共享资源,这与操作系统中的PV操作相同。
它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。
它允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。
在用CreateSemaphore()创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。
一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数,每增加一个线程对共享资源的访问,当前可用资源计数就会减1,只要当前可用资源计数是大于0的,就可以发出信号量信号。
但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目,不能在允许其他线程的进入,此时的信号量信号将无法发出。
线程在处理完共享资源后,应在离开的同时通过ReleaseSemaphore()函数将当前可用资源计数加1。
在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。
信号量S是一个整数,S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数,但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。