Windows API 多线程-学习笔记(二)

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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);

}