3.线程等待与唤醒

最新推荐文章于 2023-04-10 07:45:00 发布

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分类专栏：事件与等待

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42052102/article/details/83388129

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这篇博客探讨了Windows线程的等待与唤醒机制，包括等待与唤醒对象的概念，可等待对象的特性，以及它们在多线程环境中的作用。文章通过具体的Windbg调试例子，解释了线程如何通过WaitForSingleObject或WaitForMultipleObjects进入等待状态，并由其他线程通过SetEvent唤醒。同时，文章还分析了等待链表和等待块，阐述了线程在等待过程中如何与其他线程相互关联并根据对象状态转换其执行状态。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

我们在之前的讲解了如何自己实现临界区以及什么是Windows自旋锁,这两种同步方案在线程无法进入临界区时都会让当前线程进入等待状态,一种是通过Sleep函数实现的,一种是通过让当前的CPU"空转”实现的,但这两种等待方式都有局限性:

通过Sleep函数进行等待,等待时间该如何确定呢?
通过“空转”的方式进行等待,只有等待时间很短的情况下才有意义,否则对CPU资源是种浪费。而且自旋锁只能在多核的环境下才有意义。

有没有更加合理的等待方式呢?只有在条件成熟的时候才将当前线程唤醒?

等待与唤醒机制

在Windows中,一个线程可以通过等待一个或者多个可等待对象,从而进入等待状态,另一个线程可以在某些时刻唤醒等待这些对象的其他线程。
在这里插入图片描述

A线程用WaitForSingleObject 或者 WaitForMultipleObjects进入等待状态，B线程用SetEvent将线程唤醒，A线程与B线程就是通过 可等待对象 联系到一起的。

可等待对象

在Windbg中查看如下结构体:

进程    dt KPROCESS
线程    dt KTHREAD
定时器  dt_ KTIMER
信号量  dt KSEMAPHOREI
事件    dt KEVENT
互斥体  dt KMUTANT
文件    dt FILE OBJECT

可等待对象都有一个共同的特点，他们的第一个成员都是一个结构体：_DISPATCHER_HEADER。但是有一些结构体并不是比如说文件就不是。
在这里插入图片描述
只要结构体中有_DISPATCHER_HEADER就是可等待对象。

kd> dt _DISPATCHER_HEADER
nt!_DISPATCHER_HEADER
   +0x000 Type			//该对象类型
   +0x001 Absolute 	
   +0x002 Size			
   +0x003 Inserted
   +0x004 SignalState	//该分发器信号状态 (值大于0就是有信号 分发器对象也称为同步对象)
   +0x008 WaitListHead	//双向链表头，链着所有等待块(此链表包含了所有正在等待该分发器对象的线程)

可等待对象的差异

WaitForSingleObject(3环)

NtWaitorSingleObject(内核)
1)通过3环用户提供的句柄,找到等待对象的内核地址。
2)如果是以_DISPATCHER-HEADER开头,直接使用。
3)如果不是以DISPATCHER HEADER开头的对象,则找到在其中嵌入的_DISPATCHER_HEADER对象。


KeWaitForSingleObject(内核)
-------核心功能，后面在将

测试代码

#include <stdio.h>
#include<windows.h>

HANDLE hEvent[2];

VOID WINAPI ThreadProc(LPVOID text)
{
	::WaitForSingleObject(hEvent[0], -1);
	printf("ThreadProc函数执行...\n");
}

int main()
{
	hEvent[0] = ::CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
	
	::CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProc, NULL, 0, NULL);

	getchar();
	return 0;
}

windbg中可以通过kd> !process 892ec020 来查看该进程中所有的线程。在这里插入图片描述

还可以通过查看等待链表来找到该线程，使用了WaitForSingleObject此线程就会出现在等待链表中。

（kd> dt _KTHREAD 895458b8）
在这里插入图片描述
WaitBlockList 等待块，当前线程就是等待块与被等待块联系到一起的。

等待块中的每个成员的值

kd> dt _KWAIT_BLOCK 0x89545928
nt!_KWAIT_BLOCK
   +0x000 WaitListEntry    : _LIST_ENTRY [ 0x89320290 - 0x89320290 ]
   +0x008 Thread           : 0x895458b8 _KTHREAD	//当前线程
   +0x00c Object           : 0x89320288 Void		//被等待对象的地址
   +0x010 NextWaitBlock    : 0x89545928 _KWAIT_BLOCK /*单向循环链表，
   如果当前线程只有一个等待对象它指向自己，
   多个等待对象就是第一个指向第二个，最后一个指向第一个*/
   
   +0x014 WaitKey          : 0  //当等待块索引，我这是第0个
   +0x016 WaitType         : 1  /*等待时要求只要有一个等待对象符合条件就可以被激活那么它的值就是1，
如果如果你等待多个对象必须全部符合条件才可以被激活它就是0*/

在这里插入图片描述

下面来看看一个线程等待多个对象的情况。

#include <stdio.h>
#include<windows.h>

HANDLE hEvent[2];

VOID WINAPI ThreadProc(LPVOID text)
{
	::WaitForMultipleObjects(2, hEvent, FALSE, -1);
	printf("ThreadProc函数执行...\n");
}



int main()
{
	DWORD thread_id_1, thread_id_2;

	hEvent[0] = ::CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
	hEvent[1] = ::CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

	::CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProc, NULL, 0, (LPDWORD)&thread_id_1);

	getchar();
	return 0;
}