執行緒與核心物件的同步

1為什麼使用核心物件實現執行緒同步

1.1使用者模式下實現執行緒同步特點

（1）同步速度快

（2）互鎖函式族只能對單值進行操作，無法是執行緒進入等待狀態。

（3）臨界區可以使執行緒進入等待狀態，但是隻能用於同一個程序的多個執行緒。由於無法設定超時操作，因此容易進入死鎖狀態。

1.2核心模式下實現執行緒同步特點

（1）核心物件機制的唯一缺點：速度慢。

（2）優點：適用性強

2等待函式

2.1 WaitForSingleObject

等待函式使執行緒進入等待狀態，等待一個特定的核心物件變成已通知狀態。當執行緒等待物件的狀態為未通知狀態時，不能排程這個,執行緒，一旦核心物件變成已通知狀態，執行緒標誌變成可排程。

DWORD  WaitForSingleObject(

             HANDLE  hObject,

             DWORD  dwMilliseconds);

第一個引數hObject標識一個支援通知/未通知狀態的核心物件；第二個引數dwMillseconds指明等待物件變成已通知狀態所需的等待時間。當第二個引數為INFINITE（-1）時，說明執行緒可以無限等待，直到程序終止執行。通常情況下，會使用INFINITE，如果物件一直未通知，執行緒將一直處於死鎖狀態，但是不會浪費處理器時間。

函式返回值：

WAIT_OBJECT_0               //等待物件變成已通知狀態

WAIT_TIMEOUT                //等待超時

WAIT_FAILED                     //傳遞錯誤引數，通過GetLastError()瞭解詳情

2.2 WaitForMultipleObject

         DWORD WaitForMultipleObject(

                   DWORD dwCount,

                   CONSTHANDLE*  phObjects,

                   BOOL fWaitAll,

                   DWORD dwMilliseconds);

第一個引數指明呼叫執行緒所檢視的核心物件的數量，在0-MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（windows定義為64）之間；第二個引數是指向核心物件控制代碼陣列的指標；第三個引數fWaitAll指示兩種成功等待方式，一種需要所有核心物件變成已通知，另一種需要任意一個核心物件變成已通知；第四個引數同上。

返回值：

         WAIT_TIMEOUT;     

         WAIT_FAILED;

         WAIT_OBJECT_0;(fWaitall為ture)

         WAIT_OBJECT_0到WAIT_OBJECT_0+dwCount-1之間的值（fWaitall為false時，指示哪個物件變成已通知狀態）

3事件核心物件

事件核心物件是所有核心物件中最基本的。事件核心物件包含一個使用計數（所有核心物件都有），一個布林值，指示這個事件是自動重置事件還是人工重置事件。以及另外一個指示事件處於已通知狀態還是未通知狀態的布林值。

兩種事件物件：

人工重置事件：得到通知時，等待這個事件的所有執行緒變成可排程執行緒。

自動重置事件：得到通知時，等待這個事件的所有執行緒只有一個變成可排程執行緒。

3.1 建立事件核心物件

下面是用於建立事件核心物件的CreateEvent函式：

         HANDLE CreateEvent(

                   PSECURITY_ATTRIBUTES  psa,

                   BOOL  fManualReset,

                   BOOL  fInitialState,

                   PSTSTR  pszName)

第一個引數（PSECURITY_ATTRIBUTES）安全性描述符：描述建立物件的程序，以及哪些程序可以訪問物件，哪些不可以訪問；第二個引數fManualReset引數是一個布林值，用於指明建立人工重置事件還是自動重置事件；第三個引數fInitialState指明這個事件初始化為已通知狀態還是未通知狀態。第四個引數為事件命名；

3.2 核心物件的使用

其他程序中的執行緒可以通過pszName引數中傳遞的相同值，使用繼承性，使用DuplicateHandle等函式來獲得對這個物件的訪問權。或者通過呼叫OpenEvent，傳遞的pazName一致即可。

         HANDLE  OpenEvent(

                   DWORD  fdwAccess,

                   BOOL  bInherit,

                   PCTSTRpszName);

建立事件後，就可以直接控制這個事件的狀態。可以呼叫SetEvent將事件的狀態改為已通知，呼叫ResetEvent改為未通知狀態：

         BOOL  SetEvent(HANDLE  hEvent);

         BOOL  ResetEvent(HANDLE  hEvent);

不在需要使用該事件時，呼叫CloseHandle函式。

4 等待定時器核心物件

等待定時器是在某個時間或按照規定時間間隔，發出自己的訊號通知的核心物件。通常使用這些核心物件，在某個時間執行某個操作。

4.1建立等待定時器

HANDLE  CreateWaitableTimer(

         PSECURITY_ATTRIBUTES  psa,

         BOOL fManualReset,

         PSTSTR pszName);

程序也可以通過OpenWaitableTimer函式，來獲得與進場相關的等待定時器控制代碼。

HANDLE  OpenWaitableTimer(

         DWORD dwDesiedAccess,

         BOOL bInheritHandle,

         PSTSTR pszName)

4.2使用定時器

等待定時器總是設定為未通知狀態。可以呼叫SetWaitableTimer函式，來確定定時器何時變成已通知狀態：

BOOLSetWaitalbeTimer(

            HANDLE  hTime,

            const  LARGE_INTERGER*pDueTime

            LONG  lPeriod,

             PTIMERAPCOUTINE  pfnCompletionRoutine,

            PVOID pvArgToCompletionRoutine,

            BOOL  fResume);

         hTime：指明要設定的定時器物件

         pDueTime：指明定時器第一次報時時間；

         pPeriod：指明定時器第一次報時之後，定時器再次報時的時間間隔

5.訊號量核心物件

訊號量核心物件用來對資源進行計數，它與其他核心物件一樣，包含一個使用計數。同時包含兩個帶符號的32位數：一個最大資源數量，一個當前資源數量。

訊號量的使用規則:

l  當前資源的數量大於0時，發出訊號量訊號；

l  當前資源數量等於0時，不發出訊號量訊號；

l  當前資源數量不能為負值；

l  當前資源數量不能大於最大資源數量

使用訊號量時，不能將訊號量的物件的使用數量和當前資源數量混淆。

5.1訊號量建立

下面是建立訊號量核心物件的函式：

         HANDLECreateSemaphore(

                   PSECURITY_ATTRIBUTE  psa,

                   LONG  lInitialCount,

                   LONG  lMaximumCount,

                   PCTSTR  pszName);

         llMaximumCount表示應用程式處理的最大資源數量，這個引數是帶符號的32位值，因此最多可以擁有2147483647個資源；

         lInitialCount引數指明開始時（當前）資源中有多少資源可供使用。

呼叫OpenSemaphore函式，另外的程序也能獲取自己與現有訊號量相關的控制代碼：

         HANDLEOpenSemaphore(

                   DWORD  fdwAccess,

                   BOOL  bInitialCount,

                   PCTSTR  pszName);

可以呼叫ReleaseSemphore函式，對訊號量的當前資源數量進行遞增：

         BOOLReleaseSemaphore(

                   HANDLE  hsem,

                   LONG  lReleaseCount,

                   PLONG  plPreviousCount);

這個函式的功能是將引數lReleaseCount的值新增給訊號量當前的資源數量，通常為1.沒有函式可以查詢訊號量當前的資源數量。

具體題目：
在作業系統的程序管理中，若系統中有10個程序使用互斥資源R，每次只允許3個程序進入互斥段（臨界區），則訊號量S的變化範圍是______（1）：若訊號量S的當前值為-2，則表示系統中有______（2）個正在等待該資源的程序。
（1）A.-7~1    B.-7~3    C.-3~0    D.-3~10
（2）A.0    B.1    C.2    D.3

B：S<0後請求R的程序將被阻塞，此時應該有3個程序獲得資源。
C：第一個分配後，S=2；第三個分配後，S=0；第四個程序請求時S=-1，等待資源；S=-2時既有兩個程序在等待。

關鍵是要分清：先S減一，還是先分配資源

6.互斥物件核心物件

6.1互斥物件

互斥物件確保執行緒能夠互斥的訪問一個資源，這也是這個物件如此命名的原因。互斥物件包含一個使用計數，一個執行緒ID和一個遞迴計數器。

互斥物件的使用規則如下:

l  若執行緒ID是0，即無效ID，互斥物件不能被任何執行緒擁有。並且發出這個物件的通知訊號。

l  若執行緒ID是個非0值，那麼互斥物件被某一個執行緒擁有，並且不發出這個物件的通知訊號。

l  互斥物件在作業系統中擁有特殊的程式碼，允許互斥物件違反正常的規則，這與其他核心物件不同。

使用互斥物件之前，呼叫CreateMutex函式建立互斥物件。

HANDLECreateMutex(

          PSECURITY_ATTRIBUTES  pas;

          BOOL  fInitialOwner,

          PCTSTR  pszName);

另外的程序通過Ope nMutex獲得自身與現有互斥物件關聯的控制代碼

HANDLEOpenMutex(

         DWORD  fdwAccess,

         BOOL bIniheritHandle,

         PCTSTR pszName);

互斥物件所進行的所有檢查和修改操作都是以原子方式進行的。一旦執行緒等待到了一個互斥物件，執行緒就擁有對所保護資源的獨佔訪問權。執行緒呼叫ReleaseMutex函式釋放互斥物件,將互斥物件的引用計數-1。

BOOL ReleaseMutex(HANDLE  hMutex);

“異常”：對於互斥物件來說，存在核心物件已通知或未通知的異常情況。假如一個執行緒正在等待一個未通知的互斥物件，那麼通常將這個執行緒置於等待狀態。然而系統會檢視試圖獲得互斥物件的執行緒ID，並與互斥物件記錄的執行緒ID進行比較.如果兩者相同，那麼即使互斥物件處於未通知狀態，系統也允許這個執行緒保持可排程狀態。

這個“異常”情況不適用於其他核心物件。因此要使遞迴計數器的值大於1，唯一的方法是使執行緒多次等待相同的互斥物件。釋放時需要多次呼叫ReleaseMutex，直到計數器的值為0。

6.2 釋放問題

互斥物件和其他核心物件不同，有一個“執行緒所有權”的問題，其他核心物件無法記住哪個執行緒正在擁有這個物件，而互斥物件能夠對此保持跟蹤。這也是互斥物件擁有異常規則的原因。異常規則是的執行緒在物件沒有發出通知時，獲取這個物件。

當擁有互斥物件的執行緒在釋放這個物件前終止執行，系統則把這個互斥物件視為已經放棄。然後系統檢查是否有等待這個互斥物件的執行緒，並選擇其中一個。將互斥物件的執行緒ID設定為選定執行緒的ID，計數為1.

在這個過程中，等待函式返回的不是WAIT_OBJTCT_0，而是WAIT_ABANDONED,表示這個互斥物件被另一個執行緒佔有，而另一個程序在釋放物件前終止。