对于操作系统而言,在并行程序设计中难免会遇到数据同步和共享的问题,本文针对这个问题,以windows系统为例回顾一下资源同步的相关问题。要点如下:
1.同步和数据共享 数据征用
2.同步原语 1.互斥和临界区 2.自旋锁 3.信号量 4.读写锁 5.屏障 6.原子操作与无锁代码
3.进程和进程间通信 1.共享内存和映射文件 2.条件变量 3.信号和事件 4.消息队列 5.命名管道 6.socket网络栈
一,基础知识
知识点:句柄
许多windows API函数都返回句柄。句柄只是无符号整数,但却有特殊的用途。返回句柄的windows API 调用实际上是在内核空间创建某个资源,句柄只是这个资源的索引。当应用程序使用完该资源后,就可调用CloseHandle()使内核释放相关的内核空间资源。
创建线程的3种不同的方式
#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#include<process.h>
DWORD WINAPI mywork1( LPVOID lpParameter)
{
printf("CreatThread thread %i\n",GetCurrentThreadId());
return 0;
}
unsigned int __stdcall mywork2(void *data)
{
printf("_beginthreadex thread %i\n",GetCurrentThreadId());
return 0;
}
void mywork3(void * data)
{
printf("_beginthreade thread %i\n",GetCurrentThreadId());
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE h1,h2,h3;
h1 = CreateThread(0,0,mywork1,0,0,0);
h2 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&mywork2,0,0,0);
WaitForSingleObject(h2,INFINITE);
CloseHandle(h2);
h3 = (HANDLE)_beginthread(&mywork3,0,0);
getchar();
return 0;
}
调用_beginthread()是个吸引人的选择,这个函数的参数较少,并且在线程退出后清除句柄。但是,如果线程终止,则_beginthread()调用返回的句柄将是无效的,或是被重用的,因此无法查询线程的状态,甚至无法肯定线程句柄是最初指向同一线程的句柄。
加上getchar()的区别
二,同步和资源共享的方式
判断一个数是否为素数: #include<math.h> int isprime(int number) { int i; for( i = 2; i < (int) (sqrt((float)number) + 1.0); i++) { if(number % i == 0 ){ return 0;} } return 1; }
测试给定范围内数字是否为素数的算法,如果两个线程同时访问变量counter,这将导致数据征用,正确的代码需要对递增变量counter的操作进行保护。
volatile int counter = 0; unsigned int __stdcall test(void *) { while(counter < 100) { int number = counter++; //c++格式话输出要用cout对象的方法来控制 printf("ThreadID %i value = %i is prime = %i \n", GetCurrentThreadId(), number , isprime(number) );
} return 0; }
1.保护对临界区代码的访问:
// testofCriticalSection.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。//
#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
#include <process.h>
#include <math.h>
volatile int counter = 0;
CRITICAL_SECTION critical;
int isprime(int number)
{
int i;
for( i = 2; i < (int) (sqrt((float)number) + 1.0); i++)
{
if(number % i == 0 ){ return 0;}
}
return 1;
}
unsigned int __stdcall test(void *)
{
while (counter < 100)
{
while ( !TryEnterCriticalSection( &critical)){}
int number = counter++;
LeaveCriticalSection( &critical);
printf("ThreadID %i; value = %i, is prime = %i\n",
GetCurrentThreadId(), number, isprime(number));
}
return 0;
}
/*
unsigned int __stdcall test(void *)
{
while (counter < 100)
{
EnterCriticalSection( &critical);
int number = counter++;
LeaveCriticalSection( &critical);
printf("ThreadID %i; value = %i, is prime = %i\n",
GetCurrentThreadId(), number, isprime(number));
}
return 0;
}
*/
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE h1, h2;
InitializeCriticalSection( &critical);
h1 = (HANDLE)_beginthreadex(0, 0, &test,(void*)0, 0, 0);
h2 = (HANDLE)_beginthreadex(0, 0, &test,(void*)0, 0, 0);
WaitForSingleObject(h1,INFINITE);//
WaitForSingleObject(h2,INFINITE);
CloseHandle(h1);
CloseHandle(h2);
getchar();
DeleteCriticalSection( &critical);
return 0;
}
使线程休眠然后再唤醒线程非常耗时,因为这涉及进入内核。所有临界区在设计上都应保证耗时尽可能短。要谨记,很可能线程进入休眠时,原处于临界区的线程已经离开。因此,令等待线程休眠后再唤醒浪费了很多时间。 有两种选择解决上述问题: 1.使用TryEnterCriticalSection()避免让调用线程休眠 2.面向临界区设定旋转计数的方法 InitializeCriticalSetionAndSpinCount( &critical,1000) SetCriticalSectionSpinCount( &critical, 1000)
参考文献:
戈夫. 多核应用编程实战[M]. 人民邮电出版社, 2013.