Windows的多線程同步實驗報告

、實驗目的在掌握基于消息的windows程序結構和多線程程序設汁方法的基礎上，設計一個多線程同步的程序。使學生能夠從程序設計的角度了解多線程程序設計的方法和在windows系統(tǒng)下多線程同步互斥的機制。二、實驗內(nèi)容理解Windows程序設計的基本思想，理解基于消息的程序設計方法，能夠設計出簡單的基于事件的windows程序，完成基本控件的使用結合操作系統(tǒng)中信號量與互斥體的概念，在MFC中找到對應的相關類設計一個多線程同步的程序，多線程概述進程和線程都是操作系統(tǒng)的概念。進程是應用程序的執(zhí)行實例，每個進程是山私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成，進程在運行過程中創(chuàng)建的資源隨著進程的終止而被銷毀，所使用的系統(tǒng)資源在進程終止時被釋放或關閉。線程是進程內(nèi)部的一個執(zhí)行單元。系統(tǒng)創(chuàng)建好進程后，實際上就啟動執(zhí)行了該進程的主執(zhí)行線程，主執(zhí)行線程以函數(shù)地址形式，比如說main或WinMain函數(shù)，將程序的啟動點提供給Windows系統(tǒng)。主執(zhí)行線程終止了，進程也就隨之終止。每一個進程至少有一個主執(zhí)行線程，它無需由用戶去主動創(chuàng)建，是山系統(tǒng)自動創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應用程序中創(chuàng)建其它線程，多個線程并發(fā)地運行于同一個進程中。一個進程中的所有線程都在該進程的虛擬地址空間中，共同使用這些虛擬地址空間、全局變量和系統(tǒng)資源，所以線程間的通訊非常方便，多線程技術的應用也較為廣泛。多線程可以實現(xiàn)并行處理，避免了某項任務長時間占用CPU時間。要說明的一點是，目前大多數(shù)的計算機都是單處理器(CPU)的，為了運行所有這些線程，操作系統(tǒng)為每個獨立線程安排一些CPU時間，操作系統(tǒng)以輪換方式向線程提供時間片，這就給人一種假象，好象這些線程都在同時運行。由此可見，如果兩個非?；钴S的線程為了搶奪對CPU的控制權，在線程切換時會消耗很多的CPU資源，反而會降低系統(tǒng)的性能。這一點在多線程編程時應該注意。Win32SDK函數(shù)支持進行多線程的程序設計，并提供了操作系統(tǒng)原理中的各種同步、互斥和臨界區(qū)等操作。VisualC++6.0中，使用MFC類庫也實現(xiàn)了多線程的程序設訃，使得多線程編程更加方便。VC中提供線程同步的方法：臨界區(qū)(CCriticalSection)事件(CEvent)互斥量(CMutex)信號量(CSemaphore)A、使用CCriticalSection類當多個線程訪問一個獨占性共享資源時，可以使用“臨界區(qū)”對象。任一時刻只有一個線程可以擁有臨界區(qū)對象，擁有臨界區(qū)的線程可以訪問被保護起來的資源或代碼段，其他希望進入臨界區(qū)的線程將被掛起等待，直到擁有臨界區(qū)的線程放棄臨界區(qū)時為止，這樣就保證了不會在同一時刻出現(xiàn)多個線程訪問共享資源。CCriticalSection類的用法非常簡單，步驟如下：定義CCriticalSection類的一個全局對象(以使各個線程均能訪問)，如CCriticalSectioncritical_section：在訪問需要保護的資源或代碼之前，調(diào)用CCriticalSection類的成員Lock()獲得臨界區(qū)對象:critical_section.Lock();在線程中調(diào)用該函數(shù)來使線程獲得它所請求的臨界區(qū)。如果此時沒有其它線程占有臨界區(qū)對象，則調(diào)用Lock()的線程獲得臨界區(qū)；否則，線程將被掛起，并放入到一個系統(tǒng)隊列中等待，直到當前擁有臨界區(qū)的線程釋放了臨界區(qū)時為止。訪問臨界區(qū)完畢后，使用CCriticalSection的成員函數(shù)Unlock()來釋放臨界區(qū)：critical_section.Unlock():再通俗一點講，就是線程A執(zhí)行到critical_section.Lock();語句時，如果其它線程(B)正在執(zhí)行critical_section.Lock();語句后且critical_section.Unlock();語句前的語句時，線程A就會等待，直到線程B執(zhí)行完critical_section.Unlock();語句,線程A才會繼續(xù)執(zhí)行。B、使用CEvent類CEvent類提供了對事件的支持。事件是一個允許一個線程在某種情況發(fā)生時，喚醒另外一個線程的同步對象。例如在某些網(wǎng)絡應用程序中，一個線程(記為A)負責監(jiān)聽通訊端口，另外一個線程(記為B)負責更新用戶數(shù)據(jù)。通過使用CEvent類，線程A可以通知線程B何時更新用戶數(shù)據(jù)。每一個CEvent對象可以有兩種狀態(tài)：有信號狀態(tài)和無信號狀態(tài)。線程監(jiān)視位于其中的CEvent類對象的狀態(tài)，并在相應的時候釆取相應的操作。在MFC中，CEvent類對象有兩種類型：人工事件和自動事件。一個自動CEvent對象在被至少一個線程釋放后會自動返回到無信號狀態(tài)；而人工事件對象獲得信號后，釋放可利用線程，但直到調(diào)用成員函數(shù)ReSetEvent()才將其設置為無信號狀態(tài)。在創(chuàng)建CEvent類的對象時，默認創(chuàng)建的是自動事件。CEvent類的各成員函數(shù)的原型和參數(shù)說明如下：1、 CEvent(BOOLbInitiallyOwn=FALSE,BOOLbMdnualReset二FALSE,LPCTSTRlpszName=XULL,LPSECURITY.ATTRIBUTESlpsaAttribute二NULL);blnitiallyO^-n：指定事件對象初始化狀態(tài)，TRUE為有信號，F(xiàn)ALSE為無信號；bManualReset：指定要創(chuàng)建的事件是屬于人工事件還是自動事件。TRUE為人工事件，F(xiàn)ALSE為自動事件；后兩個參數(shù)一般設為NULL,在此不作過多說明。2、 BOOLCEvent::SetEvent();將CEvent類對象的狀態(tài)設置為有信號狀態(tài)。如果事件是人工事件，則CEvent類對象保持為有信號狀態(tài)，直到調(diào)用成員函數(shù)ResetEvent()將其重新設為無信號狀態(tài)時為止。如果CEvent類對象為自動事件，則在SetEvent()將事件設置為有信號狀態(tài)后，CEvent類對象山系統(tǒng)自動重置為無信號狀態(tài)。如果該函數(shù)執(zhí)行成功，則返回非零值，否則返回零。3、BOOLCEvent：:ResetEvent();該函數(shù)將事件的狀態(tài)設置為無信號狀態(tài)，并保持該狀態(tài)直至SetEvent()被調(diào)用時為止。山于自動事件是山系統(tǒng)自動重置，故自動事件不需要調(diào)用該函數(shù)。如果該函數(shù)執(zhí)行成功，返回非零值，否則返回零。我們一般通過調(diào)用WaitForSingleObject函數(shù)來監(jiān)視事件狀態(tài)。前面我們已經(jīng)介紹了該函數(shù)。由于語言描述的原因，CEvent類的理解確實有些難度，但您只要通過仔細玩味下面例程，多看兒遍就可理解。C、 使用CMutex類互斥對象與臨界區(qū)對象很像.互斥對象與臨界區(qū)對象的不同在于:互斥對象可以在進程間使用，而臨界區(qū)對象只能在同一進程的各線程間使用。當然，互斥對象也可以用于同一進程的各個線程間，但是在這種情況下，使用臨界區(qū)會更節(jié)省系統(tǒng)資源，更有效率。D、 使用CSemaphore類當需要一個訃數(shù)器來限制可以使用某個線程的數(shù)H時，可以使用“信號量”對象。CSemaphore類的對象保存了對當前訪問某一指定資源的線程的計數(shù)值，該計數(shù)值是當前還可以使用該資源的線程的數(shù)口。如果這個計數(shù)達到了零，則所有對這個CSemaphore類對象所控制的資源的訪問嘗試都被放入到一個隊列中等待，直到超時或計數(shù)值不為零時為止。一個線程被釋放已訪問了被保護的資源時，計數(shù)值減1;一個線程完成了對被控共事資源的訪問時，計數(shù)值增1。這個被CSemaphore類對象所控制的資源可以同時接受訪問的最大線程數(shù)在該對象的構建函數(shù)中指定。CSemaphore類的構造函數(shù)原型及參數(shù)說明如下：CSemaphore(LONGllnitialCount二1,LONGlMaxCount=l,LPCTSTRpstrName=NULL,LPSECURITY.ATTRIBUTESlpsaAttributes=NULL);llnitialCount：信號量對象的初始計?數(shù)值，即可訪問線程數(shù)LI的初始值；IMaxCount：信號量對象計數(shù)值的最大值，該參數(shù)決定了同一時刻可訪問山信號量保護的資源的線程最大數(shù)目；后兩個參數(shù)在同一進程中使用一般為NULL,不作過多討論；在用CSemaphore類的構造函數(shù)創(chuàng)建信號量對象時要同時指岀允許的最大資源訃數(shù)和當前可用資源計數(shù)。一般是將當前可用資源計數(shù)設置為最大資源計數(shù)，每增加一個線程對共享資源的訪問，當前可用資源訃數(shù)就會減1,只要當前可用資源計數(shù)是大于0的，就可以發(fā)出信號量信號。但是當前可用計數(shù)減小到0時，則說明當前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達到了所允許的最大數(shù)II,不能再允許其它線程的進入，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，應在離開的同時通過ReleaseSemaphore()函數(shù)將當前可用資源數(shù)加1。三、實驗方案本系統(tǒng)通過VC提供的四種線程同步方案同時實現(xiàn)線程的同步。其架構圖如圖1-1所示。圖1-1系統(tǒng)結構示意圖通過VC提供的線程創(chuàng)建函數(shù):CWinThread*AfxBeginThread(AFX.THREADPROCpfnThreadProc,LPVOIDpParam,intnPrior辻y二THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINTnStackSize=0,DWORDdwCreateFlags=0,LPSECURITY.ATTRIBUTESIpSecur