Глобальные переменные не использовать! 5 страница

- возвращаемое значение WAIT_TIMEOUT означает, что время ожидания истекло и не все объекты синхронизации перешли в сигнальное состояние.

Теперь рассмотрим случай, когда значение входного параметра bWaitAll равно FALSE. В этом случае значения, возвращаемые функцией WaitForMultipleObjects, интерпретируются следующим образом:

- любое из возвращаемых значений, находящихся в диапазоне от WAIT_OBJECT_0 до

(WAIT_OBJECT_0 + nCount - 1), означает, что, по крайней мере, один из объектов синхронизации находился или перешёл в сигнальное состояние. Индекс дескриптора этого объекта в массиве определяется как разница между возвращаемым значением и величиной WAIT_OBJECT_0;

- любое из возвращаемых значений, находящихся в диапазоне от WAIT_ABANDONED_0 до (WAIT_ABANDONED_0 + nCount - 1) означает, что одним из объектов синхронизации, перешедшим в сигнальное состояние, является забытый мьютекс. Индекс дескриптора этого мьютекса в массиве определяется как разница между возвращаемым значением и величиной WAIT_OBJECT_0;

- возвращаемое значение WAIT_TIMEOUT означает, что время ожидания истекло, и ни один из объектов синхронизации не перешел в сигнальное состояние.

В случае неудачи функция WaitForMultipleObjects возвращает значение WAIT_FAILED.

Приведем пример программы, которая использует функцию WaitForSingleObject для ожидания завершения двух потоков.

Листинг 2. Пример использования функциеи WaitForMultipleObjects

#include <windows.h>

#include <iostream>

using namespace std;

void thread_0()

{

int i;

for (i = 0; i < 5 ; i++)

{

cout << i << ' '; cout << flush << '\a';

Sleep(500);

}

cout << endl;

^}

void thread_1()

^{

int i;

for (i = 5; i < 10 ; i++)

{

cout << i << ' ';

cout << flush << '\a';

Sleep(500);

}

cout << endl;

^}

int main()

{

HANDLE hThread[2];

DWORD dwThread[2];

// запускаем первый поток

hThread[0] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)thread_0,

NULL, 0, &dwThread[0]);

if (hThread[0] == NULL)

return GetLastError();

// запускаем второй поток

hThread[1] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)thread_1,

NULL, 0, &dwThread[1]);

if (hThread[1] == NULL)

return GetLastError();

// ждем завершения потоков thread_1 и thread_2

if (WaitForMultipleObjects(2, hThread, TRUE, INFINITE) == WAIT_F AILED)

{

cout << "Wait for multiple objects failed." << endl; cout << "Press any key to exit." << endl;

}

// закрываем дескрипторы потоков thread_0 и thread_1 CloseHandle(hThread[0]);

CloseHandle(hThread[ 1 ]);

return 0;

^}

Любой ресурс, на доступ к которому претендуют не менее двух параллельных потоков, называется критическим или разделяемым ресурсом. Участок программы, на протяжении которого поток ведет работу с критическим ресурсом, называется критической секцией по отношению к этому ресурсу. Например, рассмотрим два параллельных потока:

Поток 1. Поток 2.

void thread_1( ) void thread_2( )

{ {

if (n%2 == 0) ++n;

n = a; .

else .

n = b; .

. }

}

Возможно, что после проверки условия (n%2 == 0) работа первого потока прервется, и процессорное время будет передано второму потоку. Второй поток увеличит значение переменной n на единицу и после этого процессор опять будет передан первому потоку. В этом случае первый поток присвоит переменной n неправильное значение. Для исключения такой ситуации, необходимо блокировать одновременный доступ потоков к переменной n. Следовательно, в этом примере переменная n или, более точно, область памяти, занимаемая этой переменной, является критическим ресурсом, а рассматриваемые участки программного кода являются критическими секциями по отношению к этому ресурсу. Для правильной работы потоков thread_1 и thread_2 необходимо обеспечить, чтобы приведенные участки программного кода не могли работать одновременно. Другими словами нам необходимо решить задачу исключения взаимного доступа потоков thread_1 и thread_2 к критическому ресурсу, которым является переменная n.

В общем случае проблема взаимного исключения формулируется следующим образом. Необходимо обеспечить такую работу параллельных потоков с критическим ресурсом, при которой гарантируется, что критические секции этих потоков по отношению к этому ресурсу не работают одновременно.

Мьютексы в Windows

Для решения проблемы взаимного исключения между параллельными потоками, выполняющимися в контексте разных процессов, в операционных системах Windows используется объект ядра мьютекс. Слово мьютекс является переводом 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 bInitialOwner, // начальный владелец мьютекса

LPCTSTR lpName // имя мьютекса

);

Пока значение параметра LPSECURITY_ATTRIBUTES будем устанавливать в NULL. Это означает, что атрибуты защиты заданы по умолчанию, то есть дескриптор мьютекса не наследуется и доступ к мьютексу имеют все пользователи. Теперь перейдем к другим параметрам.

Если значение параметра bInitialOwner равно TRUE, то мьютекс сразу переходит во владение потоку, которым он был создан. В противном случае вновь созданный мьютекс свободен. Поток, создавший мьютекс, имеет все права доступа к этому мьютексу.

Значение параметра lpName определяет уникальное имя мьютекса для всех процессов, выполняющихся под управлением операционной системы. Это имя позволяет обращаться к мьютексу из других процессов, запущенных под управлением этой же операционной системы. Длина имени не должна превышать значение MAX_PATH. Значением параметра lpName может быть пустой указатель NULL. В этом случае система создает безымянный мьютекс. Отметим также, что имена мьютексов являются чувствительными к нижнему и верхнему регистрам.

В случае удачного завершения функция CreateMutex возвращает дескриптор созданного мьютекса. В случае неудачи эта функция возвращает значение NULL. Если мьютекс с заданным именем уже существует, то функция CreateMutex возвращает дескриптор этого мьютекса, а функция GetLastError, вызванная после функции CreateMutex вернет значение ERROR_ALREADY_EXISTS.

Мьютекс захватывается потоком посредством любой функции ожидания, а освобождается функцией ReleaseMutex, которая имеет следующий прототип:

BOOL ReleaseMutex( HANDLE hMutex // дескриптор мьютекса

);

В случае успешного завершения функция ReleaseMutex возвращает значение TRUE, в случае неудачи - FALSE. Если поток освобождает мьютекс, которым он не владеет, то функция ReleaseMutex возвращает значение FALSE.

Для доступа к существующему мьютексу поток может использовать одну из функций CreateMutex или OpenMutex. Функция CreateMutex используется в тех случаях, когда поток не знает, создан или нет мьютекс с указанным именем другим потоком. В этом случае значение параметра bInitialOwner нужно установить в FALSE, так как невозможно определить какой из потоков создает мьютекс. Если поток использует для доступа к уже созданному мьютексу функцию CreateMutex, то он получает полный доступ к этому мьютексу. Для того чтобы получить доступ к уже созданному мьютексу, поток может также использовать функцию OpenMutex, которая имеет следующий прототип:

HANDLE OpenMutex(

DWORD dwDesiredAccess, // доступ к мьютексу

BOOL bInheritHandle // свойство наследования

LPCTSTR lpName // имя мьютекса

Параметр dwDesiredAccess этой функции может принимать одно из двух значений:

MUTEX_ALL_ACCES S SYNCHRONIZE

В первом случае поток получает полный доступ к мьютексу. Во втором случае поток может использовать мьютекс только в функциях ожидания, чтобы захватить мьютекс, или в функции ReleaseMutex, для его освобождения. Параметр bInheritHandle определяет свойство наследования мьютекса. Если значение этого параметра равно TRUE, то дескриптор открываемого мьютекса является наследуемым. В противном случае - дескриптор не наследуется.

В случае успешного завершения функция OpenMutex возвращает дескриптор открытого мьютекса, в случае неудачи эта функция возвращает значение NULL.

Покажем пример использования мьютекса для синхронизации потоков из разных процессов. Для этого сначала рассмотрим пример не синхронизированных потоков.

Листинг 3. Не синхронизированные потоки, выполняющиеся в разных процессах

#include <windows.h>

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

int ij;

for (j = 10; j < 20; j++)

{

for (i = 0; i < 10; i++)

{

cout << j << ' '; cout.flush();

Sleep(5);

}

cout << endl;

}

return 0;

^}

Листинг 4. Не синхронизированные потоки, выполняющиеся в разных процессах

#include <windows.h>

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

^{

char lpszAppName[] = "D:\\os.exe";

STARTUPINFO si;

PROCE S S_INF ORM ATION pi;

ZeroMemory(&si, sizeof(STARTUPINFO)); si.cb = sizeof(STARTUPINFO);

// создаем новый консольный процесс

if (!CreateProcess(lpszAppName, 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++)

{

for (int i = 0; i < 10; i++)

{

cout << j << ' '; cout.flush();

Sleep(10);

}

cout << endl;

}

// 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;

^}

Кратко опишем работу этих программ. Вторая из них запускает первую программу, после чего потоки из разных процессов начинают выводить числа в одну консоль. Из-за отсутствия синхронизации, числа в одной строке могут быть из разных потоков. Для того чтобы избежать перемешивания чисел, синхронизируем их вывод с помощью мьютекса. Ниже приведены модификации этих программ с использованием мьютекса для синхронизации работы этих потоков.

Листинг 5. Синхронизация потоков, выполняющихся в // разных процессах, с использованинм мьютекса

#include <windows.h>

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

^{

HANDLE hMutex;

int ij;

// 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 WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); for (i = 0; i < 10; i++)

{

cout << j << ' ';

cout.flush();

Sleep(5);

}

cout << endl;

// освобождаем мьютекс ReleaseMutex(hMutex);

}

// закрываем дескриптор объекта CloseHandle(hMutex);

return 0;

^}

Листинг 6.Пример синхронизации потоков, выполняющихся в разных процессах, с использованием мьютекса

#include <windows.h>

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

HANDLE hMutex;

char lpszAppName[] = "D:\\os.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)); si.cb = sizeof(STARTUPINFO);

// создаем новый консольный процесс

if (!CreateProcess(lpszAppName, 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 W aitForSingleObj ect(hMutex, INFINITE); for (int i = 0; i < 10; i++)

{

cout << j << ' '; cout.flush();

Sleep(10);

}

cout << endl;

// освобождаем мьютекс ReleaseMutex(hMutex);

}

// закрываем дескриптор мьютекса CloseHandle(hMutex);

// ждем пока дочерний процесс закончит работу W aitForSingleObj ect(pi.hProcess, INFINITE);

// закрываем дескрипторы дочернего процесса в текущем процессе CloseHandle(pi.hThread);

CloseHandle(pi.hProcess);

return 0;

^}

3. События в Windows