大龍的博客

信號(hào)量?jī)?nèi)核對(duì)象

信號(hào)量（Semaphore）內(nèi)核對(duì)象對(duì)線程的同步方式與前面幾種方法不同，它允許多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問(wèn)同一資源，但是需要限制在同一時(shí)刻訪問(wèn)此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore（）創(chuàng)建信號(hào)量時(shí)即要同時(shí)指出允許的最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)設(shè)置為最大資源計(jì)數(shù)，每增加一個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問(wèn)，當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)就會(huì)減1，只要當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是大于0的，就可以發(fā)出信號(hào)量信號(hào)。但是當(dāng)前可用計(jì)數(shù)減小到0時(shí)則說(shuō)明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許的最大數(shù)目，不能在允許其他線程的進(jìn)入，此時(shí)的信號(hào)量信號(hào)將無(wú)法發(fā)出。線程在處理完共享資源后，應(yīng)在離開(kāi)的同時(shí)通過(guò)ReleaseSemaphore（）函數(shù)將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)加1。在任何時(shí)候當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)決不可能大于最大資源計(jì)數(shù)。


圖3 使用信號(hào)量對(duì)象控制資源

　　下面結(jié)合圖例3來(lái)演示信號(hào)量對(duì)象對(duì)資源的控制。在圖3中，以箭頭和白色箭頭表示共享資源所允許的最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。初始如圖（a）所示，最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)均為4，此后每增加一個(gè)對(duì)資源進(jìn)行訪問(wèn)的線程（用黑色箭頭表示）當(dāng)前資源計(jì)數(shù)就會(huì)相應(yīng)減1，圖（b）即表示的在3個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入線程數(shù)達(dá)到4個(gè)時(shí)，將如圖（c）所示，此時(shí)已達(dá)到最大資源計(jì)數(shù)，而當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)也已減到0，其他線程無(wú)法對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)。在當(dāng)前占有資源的線程處理完畢而退出后，將會(huì)釋放出空間，圖（d）已有兩個(gè)線程退出對(duì)資源的占有，當(dāng)前可用計(jì)數(shù)為2，可以再允許2個(gè)線程進(jìn)入到對(duì)資源的處理。可以看出，信號(hào)量是通過(guò)計(jì)數(shù)來(lái)對(duì)線程訪問(wèn)資源進(jìn)行控制的，而實(shí)際上信號(hào)量確實(shí)也被稱(chēng)作Dijkstra計(jì)數(shù)器。

　　使用信號(hào)量?jī)?nèi)核對(duì)象進(jìn)行線程同步主要會(huì)用到CreateSemaphore（）、OpenSemaphore（）、ReleaseSemaphore（）、WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）等函數(shù)。其中，CreateSemaphore（）用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量?jī)?nèi)核對(duì)象，其函數(shù)原型為：

HANDLE CreateSemaphore( 　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, // 安全屬性指針 　LONG lInitialCount, // 初始計(jì)數(shù) 　LONG lMaximumCount, // 最大計(jì)數(shù) 　LPCTSTR lpName // 對(duì)象名指針 );

　　參數(shù)lMaximumCount是一個(gè)有符號(hào)32位值，定義了允許的最大資源計(jì)數(shù)，最大取值不能超過(guò)4294967295。lpName參數(shù)可以為創(chuàng)建的信號(hào)量定義一個(gè)名字，由于其創(chuàng)建的是一個(gè)內(nèi)核對(duì)象，因此在其他進(jìn)程中可以通過(guò)該名字而得到此信號(hào)量。OpenSemaphore（）函數(shù)即可用來(lái)根據(jù)信號(hào)量名打開(kāi)在其他進(jìn)程中創(chuàng)建的信號(hào)量，函數(shù)原型如下：

HANDLE OpenSemaphore( 　DWORD dwDesiredAccess, // 訪問(wèn)標(biāo)志 　BOOL bInheritHandle, // 繼承標(biāo)志 　LPCTSTR lpName // 信號(hào)量名 );

　　在線程離開(kāi)對(duì)共享資源的處理時(shí)，必須通過(guò)ReleaseSemaphore（）來(lái)增加當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。否則將會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前正在處理共享資源的實(shí)際線程數(shù)并沒(méi)有達(dá)到要限制的數(shù)值，而其他線程卻因?yàn)楫?dāng)前可用資源計(jì)數(shù)為0而仍無(wú)法進(jìn)入的情況。ReleaseSemaphore（）的函數(shù)原型為：

BOOL ReleaseSemaphore( 　HANDLE hSemaphore, // 信號(hào)量句柄 　LONG lReleaseCount, // 計(jì)數(shù)遞增數(shù)量 　LPLONG lpPreviousCount // 先前計(jì)數(shù) );

　　該函數(shù)將lReleaseCount中的值添加給信號(hào)量的當(dāng)前資源計(jì)數(shù)，一般將lReleaseCount設(shè)置為1，如果需要也可以設(shè)置其他的值。WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）主要用在試圖進(jìn)入共享資源的線程函數(shù)入口處，主要用來(lái)判斷信號(hào)量的當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是否允許本線程的進(jìn)入。只有在當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)值大于0時(shí)，被監(jiān)視的信號(hào)量?jī)?nèi)核對(duì)象才會(huì)得到通知。

　　信號(hào)量的使用特點(diǎn)使其更適用于對(duì)Socket（套接字）程序中線程的同步。例如，網(wǎng)絡(luò)上的HTTP服務(wù)器要對(duì)同一時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)同一頁(yè)面的用戶數(shù)加以限制，這時(shí)可以為沒(méi)一個(gè)用戶對(duì)服務(wù)器的頁(yè)面請(qǐng)求設(shè)置一個(gè)線程，而頁(yè)面則是待保護(hù)的共享資源，通過(guò)使用信號(hào)量對(duì)線程的同步作用可以確保在任一時(shí)刻無(wú)論有多少用戶對(duì)某一頁(yè)面進(jìn)行訪問(wèn)，只有不大于設(shè)定的最大用戶數(shù)目的線程能夠進(jìn)行訪問(wèn)，而其他的訪問(wèn)企圖則被掛起，只有在有用戶退出對(duì)此頁(yè)面的訪問(wèn)后才有可能進(jìn)入。下面給出的示例代碼即展示了類(lèi)似的處理過(guò)程：

// 信號(hào)量對(duì)象句柄 HANDLE hSemaphore; UINT ThreadProc15(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程一正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL); 　return 0; } UINT ThreadProc16(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程二正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL); 　return 0; } UINT ThreadProc17(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程三正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL); 　return 0; } …… void CSample08View::OnSemaphore() { 　// 創(chuàng)建信號(hào)量對(duì)象 　hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL); 　// 開(kāi)啟線程 　AfxBeginThread(ThreadProc15, NULL); 　AfxBeginThread(ThreadProc16, NULL); 　AfxBeginThread(ThreadProc17, NULL); }

圖4 開(kāi)始進(jìn)入的兩個(gè)線程


圖5 線程二退出后線程三才得以進(jìn)入

　　上述代碼在開(kāi)啟線程前首先創(chuàng)建了一個(gè)初始計(jì)數(shù)和最大資源計(jì)數(shù)均為2的信號(hào)量對(duì)象hSemaphore。即在同一時(shí)刻只允許2個(gè)線程進(jìn)入由hSemaphore保護(hù)的共享資源。隨后開(kāi)啟的三個(gè)線程均試圖訪問(wèn)此共享資源，在前兩個(gè)線程試圖訪問(wèn)共享資源時(shí)，由于hSemaphore的當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)分別為2和1，此時(shí)的hSemaphore是可以得到通知的，也就是說(shuō)位于線程入口處的WaitForSingleObject（）將立即返回，而在前兩個(gè)線程進(jìn)入到保護(hù)區(qū)域后，hSemaphore的當(dāng)前資源計(jì)數(shù)減少到0，hSemaphore將不再得到通知，WaitForSingleObject（）將線程掛起。直到此前進(jìn)入到保護(hù)區(qū)的線程退出后才能得以進(jìn)入。圖4和圖5為上述代脈的運(yùn)行結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，信號(hào)量始終保持了同一時(shí)刻不超過(guò)2個(gè)線程的進(jìn)入。

　　在MFC中，通過(guò)CSemaphore類(lèi)對(duì)信號(hào)量作了表述。該類(lèi)只具有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，可以構(gòu)造一個(gè)信號(hào)量對(duì)象，并對(duì)初始資源計(jì)數(shù)、最大資源計(jì)數(shù)、對(duì)象名和安全屬性等進(jìn)行初始化，其原型如下：

CSemaphore( LONG lInitialCount = 1, LONG lMaxCount = 1, LPCTSTR pstrName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttributes = NULL );

　　在構(gòu)造了CSemaphore類(lèi)對(duì)象后，任何一個(gè)訪問(wèn)受保護(hù)共享資源的線程都必須通過(guò)CSemaphore從父類(lèi)CSyncObject類(lèi)繼承得到的Lock（）和UnLock（）成員函數(shù)來(lái)訪問(wèn)或釋放CSemaphore對(duì)象。與前面介紹的幾種通過(guò)MFC類(lèi)保持線程同步的方法類(lèi)似，通過(guò)CSemaphore類(lèi)也可以將前面的線程同步代碼進(jìn)行改寫(xiě)，這兩種使用信號(hào)量的線程同步方法無(wú)論是在實(shí)現(xiàn)原理上還是從實(shí)現(xiàn)結(jié)果上都是完全一致的。下面給出經(jīng)MFC改寫(xiě)后的信號(hào)量線程同步代碼：

// MFC信號(hào)量類(lèi)對(duì)象 CSemaphore g_clsSemaphore(2, 2); UINT ThreadProc24(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　g_clsSemaphore.Lock(); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程一正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　g_clsSemaphore.Unlock(); 　return 0; } UINT ThreadProc25(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　g_clsSemaphore.Lock(); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程二正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　g_clsSemaphore.Unlock(); 　return 0; } UINT ThreadProc26(LPVOID pParam) { 　// 試圖進(jìn)入信號(hào)量關(guān)口 　g_clsSemaphore.Lock(); 　// 線程任務(wù)處理 　AfxMessageBox("線程三正在執(zhí)行!"); 　// 釋放信號(hào)量計(jì)數(shù) 　g_clsSemaphore.Unlock(); 　return 0; } …… void CSample08View::OnSemaphoreMfc() { 　// 開(kāi)啟線程 　AfxBeginThread(ThreadProc24, NULL); 　AfxBeginThread(ThreadProc25, NULL); 　AfxBeginThread(ThreadProc26, NULL); }

posted on 2008-07-30 17:44 大龍 閱讀(770) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用