Windows CE 進(jìn)程、線程和內(nèi)存管理（二）

二、同步

在多數(shù)情況下，線程之間難免要相互通信、相互協(xié)調(diào)才能完成任務(wù)。比如，當(dāng)有多個(gè)線程共同訪問同一個(gè)資源時(shí)，就必須保證一個(gè)線程正讀取這個(gè)資源數(shù)據(jù)的時(shí)候，其它線程不能夠修改它。這就需要線程之間相互通信，了解對(duì)方的行為。再有當(dāng)一個(gè)線程要準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)之前，它必須等待另一個(gè)線程終止才能運(yùn)行，這也需要彼此相互通信。實(shí)際開發(fā)過程中，線程間需要同步的情況非常多。Windows CE.NET給我們提供了很多的同步機(jī)制，熟練的掌握這些機(jī)制并合理運(yùn)用會(huì)使線程之間的同步更合理、更高效。進(jìn)程間的通信機(jī)制在下一篇文章中講解。

Windows CE.NET具有兩種運(yùn)行模式：用戶模式和內(nèi)核模式。并且允許一個(gè)運(yùn)行于用戶模式的應(yīng)用程序隨時(shí)切換為內(nèi)核模式，或切換回來。線程同步的有些解決辦法運(yùn)行在用戶模式，有些運(yùn)行在內(nèi)核模式。《Windows核心編程》上說從用戶模式切換到內(nèi)核模式再切換回來至少要1000個(gè)CPU周期。我查看過CE下API函數(shù)SetKMode的源碼，這個(gè)函數(shù)用于在兩種模式間切換，改變模式只需修改一些標(biāo)志，至于需要多少個(gè)CPU周期很難確定。但至少可以肯定來回切換是需要一定時(shí)間的。所以在選擇同步機(jī)制上應(yīng)該優(yōu)先考慮運(yùn)行在用戶模式的同步解決辦法。

1、互鎖函數(shù)

互鎖函數(shù)運(yùn)行在用戶模式。它能保證當(dāng)一個(gè)線程訪問一個(gè)變量時(shí)，其它線程無法訪問此變量，以確保變量值的唯一性。這種訪問方式被稱為原子訪問?；ユi函數(shù)及其功能見如下列表：

函數(shù)參數(shù)和功能InterlockedIncrement參數(shù)為PLONG類型。此函數(shù)使一個(gè)LONG變量增1InterlockedDecrement參數(shù)為PLONG類型。此函數(shù)使一個(gè)LONG變量減1InterlockedExchangeAdd參數(shù)1為PLONG類型，參數(shù)2為L(zhǎng)ONG類型。此函數(shù)將參數(shù)2賦給參數(shù)1指向的值InterlockedExchange參數(shù)1為PLONG類型，參數(shù)2為L(zhǎng)ONG類型。此函數(shù)將參數(shù)2的值賦給參數(shù)1指向的值InterlockedExchangePointer參數(shù)為PVOID* 類型，參數(shù)2為PVOID類型。此函數(shù)功能同上。具體參見幫助InterlockedCompareExchange參數(shù)1為PLONG類型，參數(shù)2為L(zhǎng)ONG類型，參數(shù)3為L(zhǎng)ONG類型。此函數(shù)將參數(shù)1指向的值與參數(shù)3比較，相同則把參數(shù)2的值賦給參數(shù)1指向的值。不相同則不變InterlockedCompareExchangePointer參數(shù)1為PVOID* 類型，參數(shù)2為PVOID類型，參數(shù)3為PVOID。此函數(shù)功能同上。具體參見幫助
2、臨界區(qū)

臨界區(qū)對(duì)象運(yùn)行在用戶模式。它能保證在臨界區(qū)內(nèi)所有被訪問的資源不被其它線程訪問，直到當(dāng)前線程執(zhí)行完臨界區(qū)代碼。除了API外，MFC也對(duì)臨界區(qū)函數(shù)進(jìn)行了封裝。臨界區(qū)相關(guān)函數(shù)：

void InitializeCriticalSection ( LPCRITICAL_SECTION );
void EnterCriticalSection ( LPCRITICAL_SECTION );
void LeaveCriticalSection ( LPCRITICAL_SECTION );
void DeleteCriticalSection ( LPCRITICAL_SECTION );

舉例如下：

void CriticalSectionExample (void)
{
CRITICAL_SECTION csMyCriticalSection;
InitializeCriticalSection (&csMyCriticalSection); ///初始化臨界區(qū)變量

__try
{
EnterCriticalSection (&csMyCriticalSection); ///開始保護(hù)機(jī)制
///此處編寫代碼
}

__finally ///異常處理，無論是否異常都執(zhí)行此段代碼
{
LeaveCriticalSection (&csMyCriticalSection); ///撤銷保護(hù)機(jī)制
}
}

MFC類使用更簡(jiǎn)單：

CCriticalSection cs;

cs.Lock();

///編寫代碼

cs.Unlock();

使用臨界區(qū)要注意的是避免死鎖。當(dāng)有兩個(gè)線程，每個(gè)線程都有臨界區(qū)，而且臨界區(qū)保護(hù)的資源有相同的時(shí)候，這時(shí)就要在編寫代碼時(shí)多加考慮。

3、事件對(duì)象

事件對(duì)象運(yùn)行在內(nèi)核模式。與用戶模式不同，內(nèi)核模式下線程利用等待函數(shù)來等待所需要的事件、信號(hào)，這個(gè)等待過程由操作系統(tǒng)內(nèi)核來完成，而線程處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)接收到信號(hào)后，內(nèi)核恢復(fù)線程的運(yùn)行。內(nèi)核模式的優(yōu)點(diǎn)是線程在等待過程中并不浪費(fèi)CPU時(shí)間，缺點(diǎn)是從用戶模式切換到內(nèi)核模式需要一定的時(shí)間，而且還要切換回來。在講解事件對(duì)象前應(yīng)該先談?wù)劦却瘮?shù)。等待函數(shù)有四個(gè)。具體參數(shù)和功能見下表：

函數(shù)參數(shù)和功能WaitForSingleObject參數(shù)1為HANDLE類型，參數(shù)2為DWORD類型。此函數(shù)等待參數(shù)1標(biāo)識(shí)的事件，等待時(shí)間為參數(shù)2的值，單位ms。如果不超時(shí)，當(dāng)事件成為有信號(hào)狀態(tài)時(shí)，線程喚醒繼續(xù)運(yùn)行。WaitForMultipleObjects參數(shù)1為DWORD類型，參數(shù)2為HANDLE * 類型，參數(shù)3為BOOL類型，參數(shù)4為DWORD類型。此函數(shù)等待參數(shù)2指向的數(shù)組中包含的所有事件。如果不超時(shí)，當(dāng)參數(shù)3為FALSE時(shí)，只要有一個(gè)事件處于有信號(hào)狀態(tài)，函數(shù)就返回這個(gè)事件的索引。參數(shù)3為TRUE時(shí)，等待所有事件都處于有信號(hào)狀態(tài)時(shí)才返回。MsgWaitForMultipleObjects參數(shù)1為DWORD類型，參數(shù)2為L(zhǎng)PHANDLE類型，參數(shù)3為BOOL類型，參數(shù)4為DWORD類型，參數(shù)5為DWORD類型。此函數(shù)功能上同WaitForMultipleObjects函數(shù)相似，只是多了一個(gè)喚醒掩碼。喚醒掩碼都是和消息有關(guān)的。此函數(shù)不但能夠?yàn)槭录却€能為特定的消息等待。其實(shí)這個(gè)函數(shù)就是專為等待消息而定義的。MsgWaitForMultipleObjectsEx參數(shù)1為DWORD類型，參數(shù)2為L(zhǎng)PHANDLE類型，參數(shù)3為DWORD類型，參數(shù)4為DWORD類型，參數(shù)5為DWORD類型。此函數(shù)是MsgWaitForMultipleObjects函數(shù)的擴(kuò)展。將原來函數(shù)的參數(shù)3除掉，添加參數(shù)5為標(biāo)志。標(biāo)志有兩個(gè)值：0或MWMO_INPUTAVAILABLE。
如果一個(gè)線程既要執(zhí)行大量任務(wù)同時(shí)又要響應(yīng)用戶的按鍵消息，這兩個(gè)專用于等待消息的函數(shù)將非常有用。

和事件有關(guān)的函數(shù)有：

HANDLE CreateEvent(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
BOOL bManualReset,
BOOL bInitialState,
LPTSTR lpName);

BOOL SetEvent(HANDLE hEvent );
BOOL PulseEvent(HANDLE hEvent);
BOOL ResetEvent(HANDLE hEvent);

HANDLE OpenEvent(DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR lpName );

事件對(duì)象是最常用的內(nèi)核模式同步方法。它包含一個(gè)使用計(jì)數(shù)和兩個(gè)BOOL變量。其中一個(gè)BOOL變量指定這個(gè)事件對(duì)象是自動(dòng)重置還是手工重置。另一個(gè)BOOL變量指定當(dāng)前事件對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)還是無信號(hào)狀態(tài)。

函數(shù)CreateEvent創(chuàng)建一個(gè)事件對(duì)象，參數(shù)1必須為NULL，參數(shù)2指定是否手工重新設(shè)置事件對(duì)象的狀態(tài)。如果為FALSE，當(dāng)?shù)却瘮?shù)接到信號(hào)并返回后此事件對(duì)象被自動(dòng)置為無信號(hào)狀態(tài)。這時(shí)等待此事件對(duì)象的其它線程就不會(huì)被喚醒，因?yàn)槭录?duì)象已經(jīng)被置為無信號(hào)狀態(tài)。如果參數(shù)2設(shè)置為TRUE，當(dāng)?shù)却瘮?shù)接到信號(hào)并返回后事件對(duì)象不會(huì)被自動(dòng)置于無信號(hào)狀態(tài)，其它等待此事件對(duì)象的線程都能夠被喚醒。用ResetEvent函數(shù)可以手工將事件對(duì)象置為無信號(hào)狀態(tài)。相反SetEvent函數(shù)將事件對(duì)象置為有信號(hào)狀態(tài)。PulseEvent函數(shù)將事件對(duì)象置為有信號(hào)狀態(tài)，然后立即置為無信號(hào)狀態(tài)，在實(shí)際開發(fā)中這個(gè)函數(shù)很少使用。OpenEvent函數(shù)打開已經(jīng)創(chuàng)建的事件對(duì)象，一般用于不同進(jìn)程內(nèi)的線程同步。在調(diào)用CreateEvent創(chuàng)建一個(gè)事件對(duì)象時(shí)，傳遞一個(gè)名字給參數(shù)4，這樣在其它進(jìn)程中的線程就可以調(diào)用OpenEvent函數(shù)并指定事件對(duì)象的名字，來訪問這個(gè)事件對(duì)象。

4、互斥對(duì)象

互斥對(duì)象運(yùn)行在內(nèi)核模式。它的行為特性同臨界區(qū)非常相似，在一個(gè)線程訪問某個(gè)共享資源時(shí)，它能夠保證其它線程不能訪問這個(gè)資源。不同的是，互斥對(duì)象運(yùn)行在內(nèi)核模式，從時(shí)間上比臨界區(qū)要慢。由于內(nèi)核對(duì)象具有全局性，不同的進(jìn)程都能夠訪問，這樣利用互斥對(duì)象就可以讓不同的進(jìn)程中的線程互斥訪問一個(gè)共享資源。而臨界區(qū)只能在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)有效。

和互斥相關(guān)的函數(shù)有：

HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
BOOL bInitialOwner,
LPCTSTR lpName);

BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);

互斥對(duì)象包含一個(gè)引用計(jì)數(shù)，一個(gè)線程ID和一個(gè)遞歸計(jì)數(shù)。引用計(jì)數(shù)是所有內(nèi)核對(duì)象都含有的。線程ID表示哪個(gè)線程正在使用互斥資源，當(dāng)ID為0時(shí)，互斥對(duì)象發(fā)出信號(hào)。遞歸計(jì)數(shù)用于一個(gè)線程多次等待同一個(gè)互斥對(duì)象。函數(shù)CreateMutex創(chuàng)建一個(gè)互斥對(duì)象，參數(shù)1必須設(shè)置為NULL，參數(shù)2如果設(shè)置為FALSE，表示當(dāng)前線程并不占有互斥資源，互斥對(duì)象的線程ID和遞歸計(jì)數(shù)都被設(shè)置為0，互斥對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)。如果設(shè)置為TRUE，表示當(dāng)前線程將占有互斥資源，互斥對(duì)象的線程ID被設(shè)置為當(dāng)前線程ID，遞歸計(jì)數(shù)被設(shè)置為1，互斥對(duì)象處于無信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)調(diào)用等待函數(shù)時(shí)，等待函數(shù)檢驗(yàn)互斥對(duì)象的線程ID是否為0，如果為0，說明當(dāng)前沒有線程訪問互斥資源，內(nèi)核將線程喚醒，并且將互斥對(duì)象的遞歸計(jì)數(shù)加1。當(dāng)一個(gè)線程被喚醒后，必須調(diào)用函數(shù)ReleaseMutex將互斥對(duì)象的遞歸計(jì)數(shù)減1。如果一個(gè)線程多次調(diào)用等待函數(shù)，就必須以同樣的次數(shù)調(diào)用ReleaseMutex函數(shù)。與其它Windows不同的是，和互斥相關(guān)的函數(shù)中沒有OpenMutex函數(shù)。要在不同進(jìn)程中訪問同一互斥對(duì)象，調(diào)用CreateMutex函數(shù)，參數(shù)傳遞互斥對(duì)象的名稱，返回這個(gè)互斥對(duì)象的句柄。

5、信標(biāo)對(duì)象

信標(biāo)對(duì)象，也叫信號(hào)燈，用于限制資源訪問數(shù)量，他包含一個(gè)引用計(jì)數(shù)，一個(gè)當(dāng)前可用資源數(shù)，一個(gè)最大可用資源數(shù)。如果當(dāng)前可用資源數(shù)大于0，信標(biāo)對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)可用資源數(shù)等于0，信標(biāo)對(duì)象處于無信號(hào)狀態(tài)。

和信標(biāo)對(duì)象相關(guān)的函數(shù)：

HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
LONG lInitialCount,
LONG lMaximumCount,
LPCTSTR lpName);

BOOL ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore,
LONG lReleaseCount,
LPLONG lpPreviousCount);

函數(shù)CreateSemaphore的參數(shù)1為NULL，參數(shù)2為當(dāng)前可用資源初始值，參數(shù)3為最大可用資源數(shù)，參數(shù)4為名字。當(dāng)參數(shù)2的值等于0時(shí)，信標(biāo)對(duì)象處于無信號(hào)狀態(tài)，這時(shí)內(nèi)核將調(diào)用等待函數(shù)的線程置于睡眠狀態(tài)，如果參數(shù)2的值大于0，信標(biāo)對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)，這時(shí)內(nèi)核將調(diào)用等待函數(shù)的線程置于運(yùn)行狀態(tài)，并將信標(biāo)對(duì)象的當(dāng)前可用資源數(shù)減1。函數(shù)ReleaseSemaphore的參數(shù)1為信標(biāo)對(duì)象的句柄，參數(shù)2為要釋放的資源數(shù)，參數(shù)3返回原來可用資源數(shù)，調(diào)用此函數(shù)將當(dāng)前可用資源數(shù)加上參數(shù)2的值。當(dāng)一個(gè)線程訪問完可用資源后，應(yīng)該調(diào)用ReleaseSemaphore函數(shù)使當(dāng)前可用資源數(shù)遞增。要在不同進(jìn)程中訪問同一信標(biāo)對(duì)象，調(diào)用CreateSemaphore函數(shù)并傳遞信標(biāo)對(duì)象的名稱，得到已經(jīng)在其它進(jìn)程創(chuàng)建的信標(biāo)對(duì)象的句柄。CE下沒有OpenSemaphore函數(shù)。另外我還要說明一點(diǎn)，等待函數(shù)默認(rèn)將信標(biāo)對(duì)象的當(dāng)前可用資源數(shù)減1，但線程可能一次使用多個(gè)資源，這就可能出現(xiàn)問題了。為避免問題出現(xiàn)，應(yīng)該遵守一個(gè)線程只使用一個(gè)資源的原則。

6、消息隊(duì)列

Windows CE.NET允許一個(gè)應(yīng)用程序或驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建自己的消息隊(duì)列。消息隊(duì)列既可以作為在線程之間傳遞數(shù)據(jù)的工具，也可以作為線程之間同步的工具。它的優(yōu)點(diǎn)是需要很小的內(nèi)存，一般只用于點(diǎn)到點(diǎn)的通信。

和消息隊(duì)列相關(guān)的函數(shù)：

HANDLE WINAPI CreateMsgQueue(LPCWSTR lpszName,
LPMSGQUEUEOPTIONS lpOptions);

BOOL WINAPI CloseMsgQueue(HANDLE hMsgQ);
BOOL GetMsgQueueInfo(HANDLE hMsgQ,
LPMSGQUEUEINFO lpInfo);

HANDLE WINAPI OpenMsgQueue(HANDLE hSrcProc,
HANDLE hMsgQ,
LPMSGQUEUEOPTIONS lpOptions);

BOOL ReadMsgQueue(HANDLE hMsgQ,
LPVOID lpBuffer,
DWORD cbBufferSize,
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
DWORD dwTimeout,
DWORD *pdwFlags);

BOOL WINAPI WriteMsgQueue(HANDLE hMsgQ,
LPVOID lpBuffer,
DWORD cbDataSize,
DWORD dwTimeout,
DWORD dwFlags);

使用CreateMsgQueue函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列，傳遞一個(gè)MSGQUEUEOPTIONS結(jié)構(gòu)指針。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中設(shè)置標(biāo)志（允許隊(duì)列緩沖區(qū)動(dòng)態(tài)改變大小，允許直接讀或者寫操作而不管之前是否有過寫操作或讀操作）、隊(duì)列允許的最大消息數(shù)、隊(duì)列屬性（只讀或者只寫）。使用WriteMsgQueue函數(shù)把一個(gè)消息寫入到消息隊(duì)列中。傳遞一個(gè)消息隊(duì)列的緩沖區(qū)、消息數(shù)據(jù)的大小、寫入緩沖區(qū)的超時(shí)值、標(biāo)志。使用ReadMsgQueue函數(shù)把一個(gè)消息從消息隊(duì)列中讀出。使用CloseMsgQueue函數(shù)關(guān)閉消息隊(duì)列緩沖區(qū)。使用OpenMsgQueue函數(shù)能夠打開其它進(jìn)程中創(chuàng)建的消息隊(duì)列。另外可以用等待函數(shù)等待消息隊(duì)列的變化。當(dāng)消息隊(duì)列由沒有消息到有消息時(shí)，或由滿消息到不滿消息時(shí)喚醒調(diào)用等待函數(shù)的線程。關(guān)于消息隊(duì)列我并沒有實(shí)驗(yàn)過，MSDN上有幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子。