Windows API 多线程-学习笔记(二)

本文详细介绍了Windows API中的临界区对象Critical Section,它是一种非内核对象,适用于进程内的线程同步。文章讨论了临界区的调度原则,强调不要长时间锁定,并介绍了初始化临界区的函数,特别提到了在多核系统中如何通过旋转锁优化性能,以减少上下文切换的开销。

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Windows API 多线程-学习笔记(二)


与windows 多线程相关的是:原子操作(不可中断的操作), 临界区(Critical Section非内核对象), 条件变量(Condition variables),互斥体(Mutexes 内核对象), 信号量(semaphores), 事件(events),等 还有wait 函数 , 线程局部存储(TLS), 异步I/O,线程池


二.Windows多线程同步

Critical Section Objects

临界区(Critical Section Objects)是非内核对象, 调用时不会进行用户态内核态切换,所以运行速度快,但是只能在一个进程中使用,不能跨进程使用.

线程进入临界区的调度原则是: ①如果有若干线程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个线程进入。②任何时候,处于临界区内的线程不可多于一个。如已有线程进入临界区,则其它所有试图进入临界区的线程将被阻塞。③进入临界区的线程要在有限时间内退出,以便其它线程能及时进入自己的临界区。

不要长时间锁定Critical Section Objects. 如果线程没有调用LeaveCritcalSection,或在调用之前被中止了,那么其它线程将不能进入临界区.


//初始化一个临界区

void WINAPI InitializeCriticalSection(
  __out         LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

//初始化一个临界区, 当一个线程试图获得临界区时,如果临界区已锁定,则循环检测dwSpinCount次, 如果在dwSpinCount次内还没有获得临界则线程阻塞,进入上下文切换

//适用于多核系统中的 临界区用来保护的操作耗时非常短暂的情况(相对于上下文切换的耗时而言). 

源自:http://blog.youkuaiyun.com/yuntongsf/article/details/4396451

实际上对 CRITICAL_SECTION 的操作非常轻量,为什么还要加上旋转锁的动作呢?其实这个函数在单cpu的电脑上是不起作用的,只有当电脑上存在不止一个cpu,或者一个cpu但多核的时候,才管用。如果临界区用来保护的操作耗时非常短暂,比如就是保护一个reference counter,或者某一个flag,那么几个时钟周期以后就会离开临界区。可是当这个thread还没有离开临界区之前,另外一个thread试图进入 此临界区——这种情况只会发生在多核或者smp的系统上——发现无法进入,于是这个thread会进入睡眠,然后会发生一次上下文切换。我们知道 context switch是一个比较耗时的操作,据说需要数千个时钟周期,那么其实我们只要再等多几个时钟周期就能够进入临界区,现在却多了数千个时钟周期的开销,真 是是可忍孰不可忍。所以就引入了InitializeCriticalSectionAndSpinCount函数,它的第一个参数是指向cs的指针,第二个参数 是旋转的次数。我的理解就是一个循环次数,比如说N,那么就是说此时EnterCriticalSection()函数会内部循环判断此临界区是否可以进 入,直到可以进入或者N次满。我们增加的开销是最多N次循环,我们可能获得的红利是数千个时钟周期。对于临界区内很短的操作来讲,这样做的好处是大大的。MSDN上说,他们对于堆管理器使用了N=4000的旋转锁,然后“This gives great performance and scalability in almost all worst-case scenarios.” 可见还是很有用的:-)

BOOL WINAPI InitializeCriticalSectionAndSpinCount(
  __in_out      LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, 
  __in          DWORD dwSpinCount  //循环检测 CRITICAL_SECTION的次数
);
 
//释放临界区资源,不再使用.
void WINAPI DeleteCriticalSection(
  __in_out      LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

//检测临界区是否被锁定(被其它线程占用)如果未被占用,直接返回并锁定临界区以执行相应的临界区操作,如果已经锁定,那么阻塞当前线程,进入等待.
void WINAPI EnterCriticalSection(
  __in_out      LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

//直接返回,不阻塞当前线程,如果临界区已锁定,返回zero,如果未锁定,进入临界区,返回nozero,记得进入临界区了要用LeaveCriticalSection离开.
BOOL WINAPI TryEnterCriticalSection(
  __in_out      LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

 
// 释放相应的临界区,其它的线程可以进入临界区.
void WINAPI LeaveCriticalSection(
  __in_out      LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);


//例程(vc2008)

 HANDLE hThread[2];
CRITICAL_SECTION cs;
char str_protect[512] = {};
DWORD Thread_A(char* str)
{
    EnterCriticalSection(&cs);
    std::cout << "In the thread A " << str << std::endl;
    strcat(str_protect, str );
    LeaveCriticalSection(&cs);
    return 0;
}
DWORD Thread_B(char* str)
{
    EnterCriticalSection(&cs);
    std::cout << "In the thread A " << str << std::endl;
    strcat(str_protect, str );
    LeaveCriticalSection(&cs);
    return 0;
}
void CriticalSectionTest()
{
    InitializeCriticalSection(&cs);
    hThread[0] = CreateThread(
        NULL,
        NULL,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)Thread_A,
        (LPVOID)"String Passed to Thread A!",
        NULL,
        NULL);
        hThread[1] = CreateThread(
        NULL,
        NULL,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)Thread_B,
        (LPVOID)"String Passed to Thread B!",
        NULL,
        NULL);
        WaitForMultipleObjects(2,hThread, true, INFINITE);
        std::cout << "the str_protect is: " << str_protect << std::endl;
        CloseHandle(hThread[0]);
        CloseHandle(hThread[1]);
        DeleteCriticalSection(&cs);

}



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