进程的同步，通讯和线程同步，通讯

一、线程

有关多线程的一些技术问题：

1、   何时使用多线程？

2、   线程如何同步？

3、   线程之间如何通讯？

4、   进程之间如何通讯？



先来回答第一个问题，线程实际主要应用于四个主要领域，当然各个领域之间不是绝对孤立的，他们有可能是重叠的，但是每个程序应该都可以归于某个领域：

1、   offloading time-consuming task。由辅助线程来执行耗时计算，而使GUI有更好的反应。我想这应该是我们考虑使用线程最多的一种情况吧。

2、   Scalability。服务器软件最常考虑的问题，在程序中产生多个线程，每个线程做一份小的工作，使每个CPU都忙碌，使CPU（一般是多个）有最佳的使用率，达到负载的均衡，这比较复杂，我想以后再讨论这个问题。

3、   Fair-share resource allocation。当你向一个负荷沉重的服务器发出请求，多少时间才能获得服务。一个服务器不能同时为太多的请求服务，必须有一个请求的最大个数，而且有时候对某些请求要优先处理，这是线程优先级干的活了。

4、   Simulations。线程用于仿真测试。

我把主要的目光放在第一个领域，因为它正是我想要的。第二和第三个领域比较有意思，但是目前不在我的研究时间表中。



线程的同步机制：

现在流行的进程线程同步互斥的控制机制，其实是由最原始最基本的4种方法实现的：

      1临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。 

　　2互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。 

　　3信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。 

　　4事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。

 

临界区（Critical Section） 

　　保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。

临界区包含两个操作原语： EnterCriticalSection（）进入临界区 LeaveCriticalSection（）离开临界区 

 

互斥量（Mutex） 
   
　　互斥量跟临界区很相似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
  
  　　互斥量包含的几个操作原语：
  　　CreateMutex（）创建一个互斥量
  　　OpenMutex（）打开一个互斥量
  　　ReleaseMutex（）释放互斥量
  　　WaitForMultipleObjects（）等待互斥量对象 

 

 

信号量（Semaphores） 

　　信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。在用CreateSemaphore（）创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目，不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。 

　　PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。 

　　 P操作申请资源：
  　　（1）S减1；
  　　（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；
  　　（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。 
　　
　　V操作 释放资源：
  　　（1）S加1；
  　　（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；
  　　（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。
  
  　　信号量包含的几个操作原语：
  　　CreateSemaphore（）创建一个信号量
  　　OpenSemaphore（）打开一个信号量
  　　ReleaseSemaphore（）释放信号量
  　　WaitForSingleObject（）等待信号量

 

　事件（Event） 
   
　　事件对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。 

 

总结： 

　　1． 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。 

　　2． 互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。 

　　3． 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数器。

线程之间的通讯：

 

线程常常要将数据传递给另外一个线程。Worker线程可能需要告诉别人说它的工作完成了，GUI线程则可能需要交给Worker线程一件新的工作。
通过PostThreadMessage（），可以将消息传递给目标线程，当然目标线程必须有消息队列。以消息当作通讯方式，比起标准技术如使用全局变量等，有很大的好处。如果对象是同一进程中的线程，可以发送自定义消息，传递数据给目标线程，如果是线程在不同的进程中，就涉及进程之间的通讯了。下面将会讲到。

 

二、进程

进程间同步：
和线程一样

进程之间的通讯：

当线程分属于不同进程，也就是分驻在不同的地址空间时，它们之间的通讯需要跨越地址空间的边界，便得采取一些与同一进程中不同线程间通讯不同的方法。

1、   Windows专门定义了一个消息：WM_COPYDATA,用来在线程之间搬移数据，――不管两个线程是否同属于一个进程。同时接受这个消息的线程必须有一个窗口，即必须是UI线程。WM_COPYDATA必须由SendMessage（）来发送，不能由PostMessage（）等来发送，这是由待发送数据缓冲区的生命期决定的，出于安全的需要。

2、   WM_COPYDATA效率上面不是太高，如果要求高效率，可以考虑使用共享内存（Shared Memory）。使用共享内存要做的是：设定一块内存共享区域；使用共享内存；同步处理共享内存。
第一步：设定一块内存共享区域。首先，CreateFileMapping（）产生一个file-mapping核心对象，并指定共享区域的大小。MapViewOfFile（）获得一个指针指向可用的内存。如果是C/S模式，由Server端来产生file-mapping，那么Client端使用OpenFileMapping（），然后调用MapViewOfFile（）。
第二步：使用共享内存。共享内存指针的使用是一件比较麻烦的事，我们需要借助_based属性，允许指针被定义为从某一点开始起算的32位偏移值。
第三步：清理。UnmapViewOfFile（）交出由MapViewOfFile（）获得的指针，CloseHandle（）交出file-mapping核心对象的handle。
第四步：同步处理。可以借助Mutex来进行同步处理。

3、   IPC
1）Anonymous Pipes。Anonymous Pipes只被使用于点对点通讯。当一个进程产生另一个进程时，这是最有用的一种通讯方式。
2）Named Pipes。Named Pipes可以是单向，也可以是双向，并且可以跨越网络，步局限于单机。
3）Mailslots。Mailslots为广播式通讯。Server进程可以产生Mailslots,任何Client进程可以写数据进去，但是只有Server进程可以取数据。
4）OLE Automation。OLE Automation和UDP都是更高阶的机制，允许通讯发生于不同进程间，甚至不同机器间。
5）DDE。DDE动态数据交换，使用于16位Windows，目前这一方式应尽量避免使用。

 

 

多个线程用共同的量必须加锁。在锁中不要回调，可能会引起死锁。用多个锁时候用的顺序必须一样，否则很容易死锁。

例如线程A，B。锁1，2。那么A加锁顺序为1，2。B也一定位1，2。

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