Синхронизация потоков в Windows презентация

Синхронизация потоков в Windows

Критические секции Критические секции Для работы с объектами типа critical_section используются следующие функции: // инициализация критической секции VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection); // вход в критическую секцию VOID EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection); // попытка войти в критическую секцию BOOL TryEnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection); // выход из критической секции VOID LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection); // разрушение объекта критическая секция VOID DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> using namespace std; DWORD WINAPI thread(LPVOID) { int i, j ; for (j = 0; j < 10; ++j) { // выводим строку чисел j for (i = 0; i < 10; ++i) { cout « j « ' ' « flush; Sleep(17); } cout « endl; return 0; }

int main() { int main() { int i, j ; HANDLE hThread; DWORD IDThread; hThread=CreateThread(NULL, 0, thread, NULL, 0, &IDThread) ; if (hThread == NULL) return GetLastError(); for (j = 10; j < 20; ++j) { for (i = 0; i < 10; ++i) { // выводим строку чисел j cout « j « ‘ ‘ « flush; Sleep(17); } cout « endl; } // ждем, пока поток thread закончит свою работу WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); return 0; }

#include <windows.h> #include <iostream> #include <windows.h> #include <iostream> using namespace std; CRITICAL_SECTION cs; DWORD WINAPI thread(LPVOID) { int i,j; for (j = 0; j < 10; ++j) { // входим в критическую секцию EnterCriticalSection (&cs); for (i = 0; i < 10; ++i) { cout « j « ' '« flush; Sleep(7); } cout « endl; // выходим из критической секции LeaveCriticalSection(&cs); } return 0; }

int main() { int main() { int i,j; HANDLE hThread; DWORD IDThread; // инициализируем критическую секцию InitializeCriticalSection(&cs); hThread=CreateThread(NULL, 0, thread, NULL, 0, &IDThread); if (hThread == NULL) return GetLastError(); for (j = 10; j < 20; ++j) { // входим в критическую секцию EnterCriticalSection(&cs); for (i = 0; i < 10; ++i) { cout « j « ' ' « flush; Sleep(7) ; } cout « endl; // выходим из критической секции LeaveCriticalSection(&cs); } // ждем, пока поток thread закончит свою работу WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); // закрываем критическую секцию DeleteCriticalSection(&cs); return 0; }

Объекты синхронизации и функции ожидания Объекты синхронизации и функции ожидания В операционных системах Windows объектами синхронизации называются объекты ядра, которые могут находиться в одном из двух состояний: сигнальном (signaled) и несигнальном (nonsignaled). Объекты синхронизации могут быть разбиты на четыре класса.

К первому классу относятся объекты синхронизации, т. е. те, которые служат только для решения задач синхронизации параллельных потоков: К первому классу относятся объекты синхронизации, т. е. те, которые служат только для решения задач синхронизации параллельных потоков: мьютекс (mutex); событие (event); семафор (semaphore). Ко второму классу объектов синхронизации относится ожидающий таймер (waitable timer), который переходит в сигнальное состояние по истечении заданного интервала времени. К третьему классу синхронизации относятся объекты, которые переходят в сигнальное состояние по завершении своей работы: работа (job); процесс (process); поток (thread). К четвертому классу относятся объекты синхронизации, которые переходят в сигнальное состояние после получения сообщения об изменении содержимого объекта. К ним относятся: изменение состояния каталога (change notification); консольный ввод (console input).

Функции ожидания в Windows это такие функции, параметрами которых являются объекты синхронизации. Эти функции обычно используются для блокировки потоков. Функции ожидания в Windows это такие функции, параметрами которых являются объекты синхронизации. Эти функции обычно используются для блокировки потоков. Для ожидания перехода в сигнальное состояние одного объекта синхронизации используется функция WaitForSingieObject, которая имеет следующий прототип: DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, // дескриптор объекта DWORD dwMilliseconds // интервал ожидания в миллисекундах ) ;

Для ожидания перехода в сигнальное состояние нескольких объектов синхронизации или одного из нескольких объектов синхронизации используется функция WaitForMuitipieObject, которая имеет следующий прототип: Для ожидания перехода в сигнальное состояние нескольких объектов синхронизации или одного из нескольких объектов синхронизации используется функция WaitForMuitipieObject, которая имеет следующий прототип: DWORD WaitForMultipleObjects( DWORD nCount, // количество объектов CONST HANDLE *lpHandles, // массив дескрипторов объектов BOOL bWaitAll, // режим ожидания DWORD dwMilliseconds // интервал ожидания в миллисекундах ) ;

Мьютексы Мьютексы Для решения проблемы взаимного исключения между параллельными потоками, выполняющимися в контекстах разных процессов, в операционных системах Windows используется объект ядра мьютекс. Слово мьютекс проис­ходит от английского слова mutex, которое в свою очередь является сокращением от выражения mutual exclusion, что на русском языке значит "взаимное исключение". Мьютекс находится в сигнальном состоянии, если он не принадлежит ни одному потоку. В противном случае мьютекс находится в несигнальном состоянии. Одновременно мьютекс может принадлежать только одному потоку.

Создается мьютекс вызовом функции CreateMutex, которая имеет следующий прототип: HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, // атрибуты защиты BOOL blnitialOwner, // начальный владелец мьютекса LPCTSTR lpName // имя мьютекса );

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> HANDLE hMutex; char IpszAppName [] = "С:\\ConsoleProcess.exe"; STARTUPINFO si; PROCESS_INFORMATION pi; // создаем мьютекс hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "DemoMutex"); if (hMutex == NULL) { cout « "Create mutex failed." « endl; cout « "Press any key to exit." « endl; cin.get(); return GetLastError(); }

ZeroMemory(&si, sizeof(STARTUPINFO)); ZeroMemory(&si, sizeof(STARTUPINFO)); si.cb = sizeof(STARTUPINFO); // создаем новый консольный процесс if (!CreateProcess(IpszAppName, NULL, NULL, NULL, FALSE, NULL, NULL, NULL, &si, &pi)) { cout « "The new process is not created." « endl; cout « "Press any key to exit." « endl; cin.get(); return GetLastError(); } // выводим на экран строки for (int j = 0; j < 10; ++j) { // захватываем мьютекс WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); for (int i = 0; i < 10; i++) { cout « j « ' ' « flush; Sleep(10);

} } cout « endl; // освобождаем мьютекс ReleaseMutex (hMutex) ; } // закрываем дескриптор мьютекса CloseHandle(hMutex); // ждем пока дочерний процесс закончит работу WaitForSingleObject (pi .hProcess, INFINITE) ; // закрываем дескрипторы дочернего процесса в текущем процессе CloseHandle (pi .hThread) ; CloseHandle(pi.hProcess); return 0; }

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> int main() { HANDLE hMutex; int i , j ; // открываем мьютекс hMutex = OpenMutex(SYNCHRONIZE, FALSE,"DemoMutex"); if (hMutex == NULL) { cout « "Open mutex failed." « endl; cout « "Press any key to exit." « endl; cin.get(); return GetLastError(); for (j = 10; j < 20; j++) {

// захватываем мьютекс // захватываем мьютекс WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); for (i = 0; i < 10; i++) { cout « j « ' ' « flush; Sleep(5); } cout « endl; // освобождаем мьютекс ReleaseMutex(hMutex); } // закрываем дескриптор объекта CloseHandle(hMutex); return 0; }

События События Событием называется оповещение о некотором выполненном действии. В программировании события используются для оповещения одного потока о том, что другой поток выполнил некоторое действие. Сама же задача оповещения одного потока о некотором действии, которое совершил другой поток, называется задачей условной синхронизации. В операционных системах Windows события описываются объектами ядра Events. При этом различают два типа событий: события с ручным сбросом; события с автоматическим сбросом.

Создаются события вызовом функции CreateEvent, которая имеет следую­щий прототип: Создаются события вызовом функции CreateEvent, которая имеет следую­щий прототип: HANDLE CreateEvent( LPSECURITY_ATTRIBUTES IpSecurityAttributes, // атрибуты защиты BOOL bManualReset, // тип события BOOL blnitialState, // начальное состояние события LPCTSTR lpName // имя события ) ;

Для перевода любого события в сигнальное состояние используется функция SetEvent, которая имеет следующий прототип: Для перевода любого события в сигнальное состояние используется функция SetEvent, которая имеет следующий прототип: BOOL SetEvent( HANDLE hEvent // дескриптор события ) ;

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> HANDLE hOutEvent, hAddEvent; DWORD WINAPI thread (LPVOID) { for (int i = 0; i < 10; ++i) if (i == 4) { SetEvent(hOutEvent); WaitForSingleObject(hAddEvent, INFINITE); } return 0; } int main() { HANDLE hThread; DWORD IDThread;

// создаем события с автоматическим сбросом // создаем события с автоматическим сбросом hOutEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); if (hOutEvent == NULL) return GetLastError(); hAddEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); if (hAddEvent == NULL) return GetLastError(); // создаем поток thread hThread = CreateThread(NULL, 0, thread, NULL, 0, &IDThread); if (hThread == NULL) return GetLastError(); // ждем, пока поток thread выполнит половину работы WaitForSingleObject(hOutEvent, INFINITE);

// выводим значение переменной // выводим значение переменной cout « "A half of the work is done." « endl; cout « "Press any key to continue." « endl; cin.get(); // разрешаем дальше работать потоку thread SetEvent (hAddEvent) ; WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); CloseHandle(hThread); CloseHandle(hOutEvent); CloseHandle(hAddEvent); cout « "The work is done." « endl; return 0; }

Доступ к существующему событию можно открыть с помощью функции Доступ к существующему событию можно открыть с помощью функции CreateEvent или OpenEvent. HANDLE OpenEvent( DWORD dwDesiredAccess, // флаги доступа BOOL blnheritHandle, // режим наследования LPCTSTR lpName // имя события ) ;

Параметр dwDesiredAccess определяет доступ к событию и может быть равен любой логической комбинации следующих флагов: Параметр dwDesiredAccess определяет доступ к событию и может быть равен любой логической комбинации следующих флагов: ЕVENT_ALL_АСCESS — полный доступ; еvent_modify_sтате — модификация состояния; synchronize — синхронизация. Эти флаги устанавливают следующие режимы доступа к событию: флаг еvent_all_асcess означает, что поток может выполнять над событием любые действия; флаг event_modify_state означает, что поток может использовать функции SetEvent и ResetEvent для изменения состояния события; флаг synchronize означает, что поток может использовать событие в функциях ожидания.

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> HANDLE hlnEvent; char IpEventName[ ] = "InEventName"; int main() { DWORD dwWaitResult; char szAppName[] = "D:\\ConsoleProcess.exe"; STARTUPINFO si; PROCESS_INFORMATION pi; // создем событие, отмечающее ввод символа hlnEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, IpEventName); if (hlnEvent == NULL) return GetLastError();

// запускаем процесс, который ждет ввод символа // запускаем процесс, который ждет ввод символа ZeroMemory(&si, sizeof(STARTUPINFO)); si.cb = sizeof(STARTUPINFO); if (!CreateProcess(szAppName, NULL, NULL, NULL, FALSE, CREATE_NEW_CONSOLE, NULL, NULL, &si, &pi)) return 0; // закрываем дескрипторы этого процесса CloseHandle(pi.hProcess); CloseHandle(pi.hThread); // ждем оповещение о наступлении события о вводе символа dwWaitResult = WaitForSingieObject(hlnEvent, INFINITE); if (dwWaitResult != WAIT_OBJECT_0) return dwWaitResult; cout « "A symbol has got. " « endl; CloseHandie (hlnEvent) ; cout « "Press any key to exit."; cin.get(); return 0; }

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> HANDLE hlnEvent; CHAR lpEventName[]="InEventName" ; int main () { char c; hlnEvent = OpenEvent (EVENT_MODIFY_STATE, FALSE, lpEventName); if (hlnEvent == NULL) { cout « "Open event failed." « endl; cout « "Input any char to exit." « endl; cin.get(); return GetLastError(); }

cout « "Input any char: "; cout « "Input any char: "; cin » c; // устанавливаем событие о вводе символа SetEvent(hlnEvent); // закрываем дескриптор события в текущем процессе CloseHandie(hlnEvent); cin.get(); cout << "Press any key to exit." << endl; cin.get(); return 0; }

Семафоры Семафоры Семафоры в операционных системах Windows описываются объектами ядра semaphores. Семафор находится в сигнальном состоянии, если его значение больше нуля. В противном случае семафор находится в несигнальном состоянии. Создаются семафоры посредством вызова функции CreateSemaphore, которая имеет следующий прототип: HANDLE CreateSemaphore( LPSECURITY_ATTRIBUTES IpSemaphoreAttribute, // атрибуты защиты LONG llnitialCount, // начальное значение семафора LONG IMaximumCount, // максимальное значение семафора LPCTSTR lpName // имя семафора );

BOOL ReleaseSemaphore ( HANDLE hSemaphore, // дескриптор семафора LONG IReleaseCount, // положительное число, на которое увеличивается значение семафора LPLONG lpPreviousCount // предыдущее значение семафора ) ;

HANDLE OpenSemaphore( HANDLE OpenSemaphore( DWORD dwDesiredAccess, // флаги доступа BOOL blnheritHandle, // режим наследования LPCTSTR lpName // имя события ); Параметр dwDesiredAccess определяет доступ к семафору и может быть равен любой логической комбинации следующих флагов: semaphore_all_access — полный доступ к семафору; semaphore_modify_state — изменение состояния семафора; synchronize — синхронизация.

#include <windows.h> #include <windows.h> #include <iostream> volatile int a[10]; HANDLE hSemaphore; DWORD WINAPI thread(LPVOID) { for (int i = 0; i < 10; i++) { a [i] = i + 1; // отмечаем, что один элемент готов ReleaseSemaphore(hSemaphore,1,NULL); Sleep(500) ; } return 0; }

int main() int main() { int i; HANDLE hThread; DWORD IDThread; cout « "An initial state of the array: "; for (i = 0; i < 10; i++) cout « a[i] «' '; cout « endl; // создаем семафор hSemaphore=CreateSemaphore(NULL/ 0, 10, NULL); if (hSemaphore == NULL) return GetLastError(); // создаем поток, который готовит элементы массива hThread = CreateThread(NULL, 0, thread, NULL, 0, &IDThread); if (hThread == NULL) return GetLastError();

// поток main выводит элементы массива только после их подготовки потоком thread // поток main выводит элементы массива только после их подготовки потоком thread cout « "A final state of the array: "; for (i = 0; i < 10; i++) { WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); cout « a[i] « " \a" « flush; } cout « endl; CloseHandle(hSemaphore); CloseHandle(hThread); return 0; }