ГЛАВA 9 Синхронизация потоков с использованием объектов ядра
ГЛАВA 9 Синхронизация потоков с использованием объектов ядра
В предыдущей главе мы обсудили, как синхронизировать потоки с применением механизмов, позволяющих Вашим потокам оставаться в пользовательском режиме. Самое удивительное, что эти механизмы работают очень быстро. Поэтому, если Вы озабочены быстродействием потока, сначала проверьте, нельзя ли обойтись синхронизацией в пользовательском режиме.
Хотя механизмы синхронизации в пользовательском режиме обеспечивают высокое быстродействие, им свойствен ряд ограничений, и во многих приложениях они просто не будут работать. Например, Intertocked-функции оперируют только с отдельными переменными и никогда не переводят поток в состояние ожидания Последнюю задачу можно решить с помощью критических секций, но они подходят лишь в тех случаях, когда требуется синхронизировать потоки в рамках одного процесса. Кроме того, при использовании критических секций легко попасть в ситуацию взаимной блокировки потоков, потому что задать предельное время ожидания входа в крити ческую секцию нельзя.
В этой главе мы рассмотрим, как синхронизировать потоки с помощью объектов ядра. Вы увидите, что такие объекты предоставляют куда больше возможностей, чем механизмы синхронизации в пользовательском режиме. В сущности, единственный их недостаток — меньшее быстродействие Дело в том, что при вызове любой из функций, упоминаемых в этой главе, поток должен перейти из пользовательского режима в режим ядра. А такой переход обходится очень дорого — в 1000 процессорных тактов на платформе x86. Прибавьте сюда еще и время, которое необходимо на выполнение кода этих функций в режиме ядра.
К этому моменту я уже рассказал Вам о нескольких объектах ядра, в том числе о процессах, потоках и заданиях. Почти все они годятся и для решения задач синхронизации. В случае синхронизации потоков о каждом из этих объектов говорят, что он находится либо в свободном (signaled state), либо в занятом состоянии (nonsignaled state) Переход из одного состояния в другое осуществляется по правилам, определенным Microsoft для каждого из объектов ядра Так, объекты ядра "процесс" сразу после создания всегда находятся в занятом состоянии.
В момент завершения процесса операционная система автоматически освобождает его объект ядра "процесс", и он навсегда остается в этом состоянии.
Объект ядра "процесс" пребывает в занятом состоянии, пока выполняется сопоставленный с ним процесс, и переходит в свободное состояние, когда процесс завершается. Внутри этого объекта поддерживается булева переменная, которая при создании объекта инициализируется как FALSE ("занято"). По окончании работы процесса операционная система меняет значение этой переменной на TRUE, сообщая тем самым, что объект свободен.
Если Вы пишете код, проверяющий, выполняется ли процесс в данный момент, Вам нужно лишь вызвать функцию, которая просит операционную систему проверить значение булевой переменной, принадлежащей объекту ядра "процесс". Тут нет ни чего сложного. Вы можете также сообщить системе, чтобы та перевела Ваш поток в состояние ожидания и автоматически пробудила его при изменении значения буле вой переменной с FALSE на TRUE. Тогда появляется возможность заставить поток в родительском процессе, ожидающий завершения дочернего процесса, просто заснуть до освобождения объекта ядра, идентифицирующего дочерний процесс. В дальнейшем Вы увидите, что в Windows есть ряд функций, позволяющих легко решать эту задачу.
Я только что описал правила, определенные Microsoft для объекта ядра "процесс". Точно такие же правила распространяются и на объекты ядра "поток". Они тоже сразу после создания находятся в занятом состоянии. Когда поток завершается, операционная система автоматически переводит объект ядра "поток" в свободное состояние. Таким образом, используя те же приемы, Вы можете определить, выполняется ли в данный момент тот или иной поток. Как и объект ядра "процесс", объект ядра "поток" никогда не возвращается в занятое состояние.
Следующие объекты ядра бывают в свободном или занятом состоянии:
Потоки могут засыпать и в таком состоянии ждать освобождения какого-либо объекта. Правила, по которым объект переходит в свободное или занятое состояние, зависят от типа этого объекта. О правилах для объектов процессов и потоков я упоминал совсем недавно, а правила для заданий были описаны в главе 5.
В этой главе мы обсудим функции, которые позволяют потоку ждать перехода определенного объекта ядра в свободное состояние. Потом мы поговорим об объектах ядра, предоставляемых Windows специально для синхронизации потоков: событиях, ожидаемых таймерах, семафорах и мьютексах.
Когда я только начинал осваивать всю эту тематику, я предпочитал рассматривать понятия "свободен-занят" по аналогии с обыкновенным флажком. Когда объект свободен, флажок поднят, а когда он занят, флажок опущен.
Потоки спят, пока ожидаемыеими объекты заняты (флажок опущен). Как только объект освободился (флажок поднят), спящий поток замечает это, просыпается и возобновляет выполнение.
