Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

EnterCriticalSection(&mblock.mguard);

ShutDown = mblock.f_stop = 1;

LeaveCriticalSection(&mblock.mguard);

} else if (command == 'c') { /* Получить новый буфер для принимаемых сообщений. */

EnterCriticalSection(&mblock.mguard);

__try {

if (mblock.f_ready == 0) _tprintf(_T("Новые сообщения отсутствуют. Повторите попытку.\n"));

else {

MessageDisplay(&mblock);

mblock.nCons++;

mblock.nLost = mblock.sequence – mblock.nCons;

mblock.f_ready = 0; /* Новые сообщения отсутствуют. */

}

} __finally { LeaveCriticalSection (&mblock.mguard); }

} else {

tprintf(_T("Такая команда отсутствует. Повторите попытку.\n"));

}

}

return 0;

}

void MessageFill(MSG_BLOCK *mblock) {

/* Заполнить буфер сообщения содержимым, включая контрольную сумму и отметку времени. */

DWORD i;

mblock->checksum = 0;

for (i = 0; i < DATA_SIZE; i++) {

mblock->data[i] = rand();

mblock->checksum ^= mblock->data[i];

}

mblock->timestamp = time(NULL);

return;

}

void MessageDisplay(MSG_BLOCK *mblock) {

/* Отобразить буфер сообщения, отметку времени и контрольную сумму. */

DWORD i, tcheck = 0;

for (i = 0; i < DATA_SIZE; i++) tcheck ^= mblock->data[i];

_tprintf(_T("\nВремя генерации сообщения № %d: %s"), mblock->sequence, _tctime(&(mblock->timestamp)));

_tprintf(_T("Первая и последняя записи: %х %х\n"), mblock->data[0], mblock->data[DATA_SIZE – 1]);

if (tcheck == mblock->checksum) _tprintf(_T("УСПЕШНАЯ ОБРАБОТКА –>Контрольная сумма совпадает.\n"));

else tprintf(_T("СБОЙ –>Несовпадение контрольной суммы. Сообщение запорчено.\n"));

return;

}

Этот пример иллюстрирует некоторые моменты и соглашения, касающиеся программирования, которые будут важны для нас на протяжении этой и последующих глав.

• Объект CRITICAL_SECTION является частью объекта (блока сообщения), защиту которого он обеспечивает.

• Каждый доступ к сообщению осуществляется на критическом участке кода.

• Типом переменных, доступ к которым осуществляется разными потоками, является volatile.

• Использование обработчиков завершения гарантирует, что объекты CS будут обязательно освобождены. Хотя в данном случае эта методика и не является для нас существенной, она дополнительно гарантирует, что вызов функции LeaveCriticalSection не будет случайно опущен впоследствии при изменении кода программы. Имейте также в виду, что обработчик завершения ограничен использованием средств С, и его не следует использовать совместно с C++.

• Функции MessageFill и MessageDisplay вызываются лишь на критических участках кода и используют для нужд своих вычислений не глобальную, а локальную память. Кстати, обе они будут применяться и в последующих примерах, но их листинги больше приводиться не будут.

• Не существует удобного способа, при помощи которого поток производителя мог бы известить поток потребителя о наличии нового сообщения, и поэтому поток потребителя должен просто ожидать, пока не будет установлен флаг готовности, который используется для индикации появления нового сообщения. Устранить этот недостаток нам помогут объекты событий ядра.

• Одним из инвариантных свойств, которые гарантируются этой программой, является то, что контрольная сумма блока сообщения будет всегда корректной вне критических участков кода. Другим инвариантным свойством является следующее:

0 <= nLost + nCons <= sequence

Об этом важном свойстве далее еще будет идти речь.

• О необходимости прекращения передачи поток производителя узнает лишь после проверки флага, устанавливаемого в блоке сообщения потока потребителя. Поскольку потоки не могут обмениваться между собой никакими сигналами, а вызов функции TerminateThread чреват нежелательными побочными эффектами, эта методика является простейшим способом остановки другого потока. Разумеется, чтобы эта методика была эффективной, работа потоков должна быть скоординированной. В то же время, подобное решение требует, чтобы поток не блокировался, иначе он не сможет тестировать флаг; способы решения проблемы блокированных потоков обсуждаются в главе 10.

Объекты CRITICAL_SECTION предоставляют в наше распоряжение мощный механизм синхронизации, но, тем не менее, они не в состоянии обеспечить всю полноту необходимых функциональных возможностей. О невозможности отправки сигналов одним потоком другому уже говорилось, кроме того, эти объекты не позволяют воспользоваться конечными интервалами ожидания (time-out). Объекты синхронизации ядра Windows позволяют снизить остроту не только этих, но и других ограничений.

Объект взаимного исключения (mutual exception), или мьютекс (mutex), обеспечивает более универсальную функциональность по сравнению с объектом CRITICAL_SECTION. Поскольку мьютексы могут иметь имена и дескрипторы, их можно использовать также для синхронизации потоков, принадлежащих различным процессам. Так, два процесса, разделяющие общую память посредством отображения файлов, могут использовать мьютексы для синхронизации доступа к разделяемым областям памяти.

Объекты мьютексов аналогичны объектам CS, однако, дополнительно к возможности их совместного использования различными процессами, они допускают конечные периоды ожидания, а мьютексы, покинутые (abandoned) завершающимся процессом, переходят в сигнальное состояние. [29] Выбирая необходимый тип объекта, руководствуйтесь следующим правилом: если упоминавшиеся ограничения приемлемы — используйте объекты CRITICAL_SECTION, если же имеется несколько процессов или требуются возможности мьютексов — применяйте мьютексы. Поток приобретает права владения мьютексом (или блокирует (block) мьютекс) путем вызова функции ожидания (WaitForSingleObject или WaitForMultipleObjects) по отношению к дескриптору мьютекса и уступает эти права посредством вызова функции ReleaseMutex.

Как всегда, необходимо тщательно следить за тем, чтобы потоки своевременно освобождали ресурсы, в которых они больше не нуждаются. Поток может завладевать одним и тем же ресурсом несколько раз, и при этом не будет блокироваться даже в тех случаях, когда уже владеет данным ресурсом. В конечном счете, поток должен освободить мьютекс столько раз, сколько она его захватывала. Такая возможность рекурсивного захвата ресурсов, существующая и в случае объектов CS, может оказаться полезной для ограничения доступа к рекурсивным функциям, а также в приложениях, реализующих вложенные транзакции (nested transactions).

При работе с мьютексами мы будем пользоваться функциями CreateMutex, ReleaseMutex и OpenMutex.

HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, BOOL bInitialOwner, LPCTSTR lpMutexName)

BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex)

bInitialOwner — если значение этого флага установлено равным True, вызывающий поток немедленно приобретает права владения новым мьютексом. Эта атомарная операция позволяет предотвратить приобретение прав владения мьютексом другими потоками, прежде чем это сделает поток, создающий мьютекс. Как следует из самого его названия (initial owner — исходный владелец), этот флаг не оказывает никакого действия, если мьютекс уже существует.