現(xiàn)在流行的 進(jìn)程線程同步互斥 的控制機(jī)制,其實(shí)是由最原始最基本的4種方法實(shí)現(xiàn)的:
1臨界區(qū):通過(guò)對(duì)多線程的串行化來(lái)訪問(wèn)公共資源或一段代碼,速度快,適合控制數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
2互斥量:為協(xié)調(diào)共同對(duì)一個(gè)共享資源的單獨(dú)訪問(wèn)而設(shè)計(jì)的。
3信號(hào)量:為控制一個(gè)具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計(jì)。
4事件:用來(lái)通知線程有一些事件已發(fā)生,從而啟動(dòng)后繼任務(wù)的開(kāi)始。
1.臨界區(qū)(Critical Section)
保證在某一時(shí)刻只有一個(gè)線程能訪問(wèn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便辦法。在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)。如果有多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問(wèn)臨界區(qū),那么在有一個(gè)線程進(jìn)入后其他所有試圖訪問(wèn)此臨界區(qū)的線程將被掛起,并一直持續(xù)到進(jìn)入臨界區(qū)的線程離開(kāi)。臨界區(qū)在被釋放后,其他線程可以繼續(xù)搶占,并以此達(dá)到用原子方式操作共享資源的目的。
臨界區(qū)包含兩個(gè)操作原語(yǔ): EnterCriticalSection()進(jìn)入臨界區(qū) LeaveCriticalSection()離開(kāi)臨界區(qū)
2.互斥量(Mutex)
互斥量跟臨界區(qū)很相似,只有擁有互斥對(duì)象的線程才具有訪問(wèn)資源的權(quán)限,由于互斥對(duì)象只有一個(gè),因此就決定了任何情況下此共享資源都不會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程所訪問(wèn)。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有的互斥對(duì)象交出,以便其他線程在獲得后得以訪問(wèn)資源;コ饬勘扰R界區(qū)復(fù)雜。因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安全共享,而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的安全共享。
互斥量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateMutex()創(chuàng)建一個(gè)互斥量
OpenMutex()打開(kāi)一個(gè)互斥量
ReleaseMutex()釋放互斥量
WaitForMultipleObjects()等待互斥量對(duì)象
3.信號(hào)量(Semaphores)
信號(hào)量對(duì)象對(duì)線程的同步方式與前面幾種方法不同,信號(hào)允許多個(gè)線程同時(shí)使用共享資源,這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時(shí)訪問(wèn)共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問(wèn)同一資源,但是需要限制在同一時(shí)刻訪問(wèn)此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore()創(chuàng)建信號(hào)量時(shí)即要同時(shí)指出允許的最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)設(shè)置為最大資源計(jì)數(shù),每增加一個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問(wèn),當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)就會(huì)減1,只要當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是大于0的,就可以發(fā)出信號(hào)量信號(hào)。但是當(dāng)前可用計(jì)數(shù)減小到0時(shí)則說(shuō)明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許的最大數(shù)目,不能在允許其他線程的進(jìn)入,此時(shí)的信號(hào)量信號(hào)將無(wú)法發(fā)出。線程在處理完共享資源后,應(yīng)在離開(kāi)的同時(shí)通過(guò)ReleaseSemaphore()函數(shù)將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)加1。在任何時(shí)候當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)決不可能大于最大資源計(jì)數(shù)。
PV操作及信號(hào)量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號(hào)量S是一個(gè)整數(shù),S大于等于零時(shí)代表可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數(shù),但S小于零時(shí)則表示正在等待使用共享資源的進(jìn)程數(shù)。
P操作申請(qǐng)資源:
(1)S減1;
(2)若S減1后仍大于等于零,則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行;
。3)若S減1后小于零,則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號(hào)相對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中,然后轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
V操作 釋放資源:
。1)S加1;
。2)若相加結(jié)果大于零,則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行;
。3)若相加結(jié)果小于等于零,則從該信號(hào)的等待隊(duì)列中喚醒一個(gè)等待進(jìn)程,然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
信號(hào)量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateSemaphore()創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量
OpenSemaphore()打開(kāi)一個(gè)信號(hào)量
ReleaseSemaphore()釋放信號(hào)量
WaitForSingleObject()等待信號(hào)量
4. 事件(Event)
事件對(duì)象也可以通過(guò)通知操作的方式來(lái)保持線程的同步。并且可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作。
總結(jié):
1. 互斥量與臨界區(qū)的作用非常相似,但互斥量是可以命名的,也就是說(shuō)它可以跨越進(jìn)程使用。所以創(chuàng)建互斥量需要的資源更多,所以如果只為了在進(jìn)程內(nèi)部是用的話使用臨界區(qū)會(huì)帶來(lái)速度上的優(yōu)勢(shì)并能夠減少資源占用量。因?yàn)榛コ饬渴强邕M(jìn)程的互斥量一旦被創(chuàng)建,就可以通過(guò)名字打開(kāi)它。
2. 互斥量(Mutex),信號(hào)量(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越進(jìn)程使用來(lái)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)操作,而其他的對(duì)象與數(shù)據(jù)同步操作無(wú)關(guān),但對(duì)于進(jìn)程和線程來(lái)講,如果進(jìn)程和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無(wú)信號(hào)狀態(tài),在退出后為有信號(hào)狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來(lái)等待進(jìn)程和線程退出。
3. 通過(guò)互斥量可以指定資源被獨(dú)占的方式使用,但如果有下面一種情況通過(guò)互斥量就無(wú)法處理,比如現(xiàn)在一位用戶購(gòu)買(mǎi)了一份三個(gè)并發(fā)訪問(wèn)許可的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),可以根據(jù)用戶購(gòu)買(mǎi)的訪問(wèn)許可數(shù)量來(lái)決定有多少個(gè)線程/進(jìn)程能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作,這時(shí)候如果利用互斥量就沒(méi)有辦法完成這個(gè)要求,信號(hào)量對(duì)象可以說(shuō)是一種資源計(jì)數(shù)器。
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