現(xiàn)在流行的 進程線程同步互斥 的控制機制,其實是由最原始最基本的4種方法實現(xiàn)的:
1臨界區(qū):通過對多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼,速度快,適合控制數(shù)據(jù)訪問。
2互斥量:為協(xié)調(diào)共同對一個共享資源的單獨訪問而設(shè)計的。
3信號量:為控制一個具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計。
4事件:用來通知線程有一些事件已發(fā)生,從而啟動后繼任務(wù)的開始。
1.臨界區(qū)(Critical Section)
保證在某一時刻只有一個線程能訪問數(shù)據(jù)的簡便辦法。在任意時刻只允許一個線程對共享資源進行訪問。如果有多個線程試圖同時訪問臨界區(qū),那么在有一個線程進入后其他所有試圖訪問此臨界區(qū)的線程將被掛起,并一直持續(xù)到進入臨界區(qū)的線程離開。臨界區(qū)在被釋放后,其他線程可以繼續(xù)搶占,并以此達到用原子方式操作共享資源的目的。
臨界區(qū)包含兩個操作原語: EnterCriticalSection()進入臨界區(qū) LeaveCriticalSection()離開臨界區(qū)
2.互斥量(Mutex)
互斥量跟臨界區(qū)很相似,只有擁有互斥對象的線程才具有訪問資源的權(quán)限,由于互斥對象只有一個,因此就決定了任何情況下此共享資源都不會同時被多個線程所訪問。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有的互斥對象交出,以便其他線程在獲得后得以訪問資源。互斥量比臨界區(qū)復(fù)雜。因為使用互斥不僅僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實現(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現(xiàn)對資源的安全共享。
互斥量包含的幾個操作原語:
CreateMutex()創(chuàng)建一個互斥量
OpenMutex()打開一個互斥量
ReleaseMutex()釋放互斥量
WaitForMultipleObjects()等待互斥量對象
3.信號量(Semaphores)
信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不同,信號允許多個線程同時使用共享資源,這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時訪問共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源,但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore()創(chuàng)建信號量時即要同時指出允許的最大資源計數(shù)和當(dāng)前可用資源計數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計數(shù)設(shè)置為最大資源計數(shù),每增加一個線程對共享資源的訪問,當(dāng)前可用資源計數(shù)就會減1,只要當(dāng)前可用資源計數(shù)是大于0的,就可以發(fā)出信號量信號。但是當(dāng)前可用計數(shù)減小到0時則說明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達到了所允許的最大數(shù)目,不能在允許其他線程的進入,此時的信號量信號將無法發(fā)出。線程在處理完共享資源后,應(yīng)在離開的同時通過ReleaseSemaphore()函數(shù)將當(dāng)前可用資源計數(shù)加1。在任何時候當(dāng)前可用資源計數(shù)決不可能大于最大資源計數(shù)。
PV操作及信號量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個整數(shù),S大于等于零時代表可供并發(fā)進程使用的資源實體數(shù),但S小于零時則表示正在等待使用共享資源的進程數(shù)。
P操作申請資源:
(1)S減1;
。2)若S減1后仍大于等于零,則進程繼續(xù)執(zhí)行;
。3)若S減1后小于零,則該進程被阻塞后進入與該信號相對應(yīng)的隊列中,然后轉(zhuǎn)入進程調(diào)度。
V操作 釋放資源:
。1)S加1;
。2)若相加結(jié)果大于零,則進程繼續(xù)執(zhí)行;
。3)若相加結(jié)果小于等于零,則從該信號的等待隊列中喚醒一個等待進程,然后再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入進程調(diào)度。
信號量包含的幾個操作原語:
CreateSemaphore()創(chuàng)建一個信號量
OpenSemaphore()打開一個信號量
ReleaseSemaphore()釋放信號量
WaitForSingleObject()等待信號量
4. 事件(Event)
事件對象也可以通過通知操作的方式來保持線程的同步。并且可以實現(xiàn)不同進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,也就是說它可以跨越進程使用。所以創(chuàng)建互斥量需要的資源更多,所以如果只為了在進程內(nèi)部是用的話使用臨界區(qū)會帶來速度上的優(yōu)勢并能夠減少資源占用量。因為互斥量是跨進程的互斥量一旦被創(chuàng)建,就可以通過名字打開它。
2. 互斥量(Mutex),信號量(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越進程使用來進行同步數(shù)據(jù)操作,而其他的對象與數(shù)據(jù)同步操作無關(guān),但對于進程和線程來講,如果進程和線程在運行狀態(tài)則為無信號狀態(tài),在退出后為有信號狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來等待進程和線程退出。
3. 通過互斥量可以指定資源被獨占的方式使用,但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理,比如現(xiàn)在一位用戶購買了一份三個并發(fā)訪問許可的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),可以根據(jù)用戶購買的訪問許可數(shù)量來決定有多少個線程/進程能同時進行數(shù)據(jù)庫操作,這時候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個要求,信號量對象可以說是一種資源計數(shù)器。
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