本章討論的是如何使用內(nèi)核對象來對線程進行同步，與用戶模式下的同步機制相比，內(nèi)核對象的用途要廣泛的多。實際上，內(nèi)核對象唯一的缺點就是他們的性能。當(dāng)我們調(diào)用本章任何一個新函數(shù)時，調(diào)用線程必須從用戶模式切換到內(nèi)核模式，這種切換是比較耗時的。對于線程同步來說，這些內(nèi)核對象中的每一種要么處于觸發(fā)狀態(tài)，要么處于未觸發(fā)狀態(tài)。微軟為每種對象創(chuàng)建了一些規(guī)則，規(guī)定如何在這兩種狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換。例如：進程內(nèi)核對象在創(chuàng)建的時候總是未觸發(fā)狀態(tài)的。當(dāng)進程終止的情況，操作系統(tǒng)會自動使進程內(nèi)核對象變?yōu)橛|發(fā)狀態(tài)。當(dāng)進程內(nèi)核對象被觸發(fā)后，它將永遠保持這種狀態(tài)，再也不會變回到未觸發(fā)狀態(tài)。

下面的內(nèi)核對象既可以出發(fā)觸發(fā)狀態(tài)，也可以未觸發(fā)狀態(tài)：

進程 線程 作業(yè) 文件以及控制臺的標準輸入/輸出/錯誤流 事件 可等待的計時器 信號量 互斥量

線程可以自己切換到等待狀態(tài)，直到另一個對象被觸發(fā)為止。windows提供了專門用來幫助我們進行線程同步的內(nèi)核對象，事件 可等待計時器 信號量以及互斥量。

等待函數(shù)使一個線程資源進入等待狀態(tài)，直到制定的內(nèi)核對象被觸發(fā)為止。注意，如果線程在調(diào)用一個等待函數(shù)的時候，相應(yīng)的內(nèi)核對象已經(jīng)出發(fā)觸發(fā)狀態(tài)，那么線程是不會進入等待狀態(tài)的。

最常用的是WaitForSingleObject:

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,DWORD dwMilliseconds);當(dāng)線程調(diào)用這函數(shù)的時候，第一個參數(shù)hObject用來標識要等待的內(nèi)核對象，這內(nèi)核對象可以處于觸發(fā)狀態(tài)或未觸發(fā)狀態(tài)。第二個參數(shù)用來指定線程最多愿意花多長的時間來等待對象被觸發(fā)。當(dāng)?shù)诙€參數(shù)設(shè)置為INFINITE,表示線程愿意永遠等待。如果內(nèi)核對象永遠不被觸發(fā)，那么調(diào)用線程永遠不會被喚醒。

DWORD?dw=WaitForSingleObject(hProcess,5000);?? switch(dw)?? {??cse?WAIT_OBJECT_0://規(guī)定的時間內(nèi)等待成功。??break;??case?WAIT_TIMEOUT://超時。??break;??case?WAIT_FAILED://指定的句柄無效。??break;??Default:??break;?? }

WaitForSingleObject的返回值表示為什么調(diào)用線程又能夠繼續(xù)執(zhí)行了。如果線程等待的對象被觸發(fā)，那么返回值是WAIT_OBJECT_0,如果是因為等待超時，那么返回值是WAIT_TIMEOUT,如果傳入了一個無效參數(shù)，那么返回值是WAIT_FAILED。（這時候可以用GetLastError得到更多的信息）

WaitForMultipleObjects（）允許你在同一時間等待一個以上的對象。

DWORD WaitForMultipleObject(DWORD? nCount,?? //表示lphandles數(shù)組的元素個數(shù)CONST HANDLE? *lphandles,? //指向一個有對象handles組成的數(shù)組。BOOL? bWaitAll,??????????? //如果為true，則表示所有的handles都必須激發(fā)，此函數(shù)才得以返回，否則，此函數(shù)將在任何一個handle激發(fā)時就返回。DWORD dwMilliseconds??? //超時也返回，可為0，立即返回，INFINITE表示無窮等待。 );

有兩種不同的方式來使用，一種是讓線程進入等待狀態(tài)直到指定內(nèi)核對象的一個被觸發(fā)為止，另一種是讓線程進入等待狀態(tài)直到制定內(nèi)核對象中的全部被觸發(fā)為止。參數(shù)bWaitAll用來告訴我們希望使用哪種方式，如果給這參數(shù)傳TRUE,那么在所有內(nèi)核對象被觸發(fā)之前，函數(shù)將不會允許調(diào)用線程繼續(xù)執(zhí)行。

下面有使用的偽代碼

HANDLE?h[3];?? H[0]=hProcess1;?? H[1=hProcess2;?? H[2]=hProcess3;?? DWORD?dw=WaitForMultipleOBjecs(3,H,false,5000);?? switch(dw)?? {??case?WAIT_OBJEC_0://第一個對象被觸發(fā)。??break;??case?WAIT_OBJEC_0+1://第二個對象被觸發(fā)。??break;??case?WAIT_OBJEC_0+2://第三個對象被觸發(fā)。??break;??case?WAIT_TIMEOUT://超時??break;??case?WAIT_FAILED://句柄無效。??break;?? }

事件內(nèi)核對象：包含一個使用技術(shù)，一個用來表示事件是自動重置事件還是自動重置時間的布爾值，以及用來表示事件有沒有被觸發(fā)的布爾值。
事件的觸發(fā)表示一個操作已經(jīng)完成。有兩種不同類型的事件對象，手動重置對象和自動重置對象。當(dāng)一個手動重置對象被觸發(fā)的時候，正在等待該事件的所有線程都將變成可調(diào)度狀態(tài)。而當(dāng)一個自動重置事件被觸發(fā)時，只有一個正在等待該事件的縣城會變成可調(diào)度狀態(tài)。

事件最通常的用途是：讓一個線程執(zhí)行初始化工作，然后觸發(fā)另一個線程，讓他執(zhí)行剩余的工作，一開始的時候我們將時間初始化為未觸發(fā)狀態(tài)，然后當(dāng)線程完成初始化工作的時候觸發(fā)事件。此時，另一個線程一直在等待該事件，它發(fā)現(xiàn)事件被觸發(fā)，于是變成可調(diào)度狀態(tài)，第二個線程知道第一個線程已經(jīng)完成了他的工作。

HANDLE CreateEvent(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,// 安全屬性BOOLb ManualReset,// 復(fù)位方式BOOLb InitialState,// 初始狀態(tài)LPCTSTR lpName // 對象名稱 );

參數(shù)bManualReset是一個布爾值，用來告訴系統(tǒng)應(yīng)該創(chuàng)建一個手動重置時間(TRUE)還是一個自動重置時間(FALSE)。參數(shù)bInitialState表示應(yīng)該事件初始化為觸發(fā)狀態(tài)(TRUE)還是未觸發(fā)狀態(tài)(FALSE)。當(dāng)系統(tǒng)插件事件對象之后，返回一個事件內(nèi)核對象。還有一個是CreateEvent的增強版CreateEventEx。

其他進程中的線程可以通過多種方式來訪問該事件對象，這包括調(diào)用CreateEvent并在pszName參數(shù)中傳入相同的值，使用繼承，使用DuplicateHandle函數(shù)或者調(diào)用OpenEvent并在pszName參數(shù)指定與CreateEvent中相同的名字：

HANDLE?OpenEvent（??DWORD?dwDesiredAccess,??BOOL?bInherit,??PCTSTR?pszName );??一旦我們不需要事件內(nèi)核對象的時候調(diào)用closehandlel來關(guān)閉。通過調(diào)用SetEvent可以直接控制它的狀態(tài)，變成觸發(fā)狀態(tài)，使用ResetEvent使得事件變成未觸發(fā)狀態(tài)。

BOOL?SetEvent（HANDLE?hEvent）； BOOL?ResetEvent(HANDLE?hEvent);??

使用例子

HANDLE?g_hEvent;?? int?main()??{??g_hEvent=CreateEvent(NULL,true,false,NULL);??HANDLE?hThread=CreateThread??NULL,0,Thread1,NULL,0,NULL);??//打開文件并讀取內(nèi)存。??SetEvent(g_hEvent);//通知Thread1開始運行。??//其他操縱。??}??DWORD?WINAPI?Thread1(PVOID?param)??{??WatiForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);??//訪問內(nèi)存。??ResetEvent(g_hEvent);??}??

可等待的計時器內(nèi)核對象：內(nèi)核對象，他會在某個指定的時間觸發(fā)或每隔一段時間觸發(fā)一次，他們通常用來在某個時間執(zhí)行一些操作。

要創(chuàng)建可等待的計時器，調(diào)用CreateWaitableTimer。

HANDLE?CreateWaitableTimer（??PSECURITY_ATTRIBUTES?psa，??BOOL?bManualReset,??PCTSTR?pszName);??

bManualReset表示要創(chuàng)建的是一個手動重置計時器還是自動重置計時器。當(dāng)手動重置計時器被觸發(fā)，正在等待該計時器的所有線程都變成可調(diào)度狀態(tài)。當(dāng)自動重置計時器被觸發(fā)時，只有一個等待該計時器的線程變成可調(diào)度狀態(tài)。

進程還可以通過OpenWaitableTimer函數(shù)來得到一個已經(jīng)存在的可等待計時器的句柄，該句柄和當(dāng)前進程相關(guān)聯(lián)。

HANDLE?OPenWaitableTimer（??DWORD?dwDesiredAceess,??BOOL?bInheritHandle,??PCTSTR?pszName);??

在創(chuàng)建的時候，可等待的計時器對象總是處于未觸發(fā)狀態(tài)，當(dāng)我們想要觸發(fā)計時器的時候，必須調(diào)用SetWaitableTimer.

BOOL?SetWaitableTimer(??HANDLE?hTimer,??Const?LARGE_INTEGEr*pDueTime,??LONG?lPeriod,??PTIMERRAPCROUTING?pfnCompletionRoutine,??PVOID?pvArgToCompletionRoutine,??BOOL?bResume);??hTimer表示我們要觸發(fā)的計時器。pDueTime和lPeriod要配合使用。pDueTime表示計時器第一次觸發(fā)的時間。lPeriod表示在第一次觸發(fā)之后，計時器的觸發(fā)頻度，它們都是以毫秒為單位。

取消定時器CancelWaitableTimer.

BOOL?CancelWaitableTimer(HANDLE?hTimer);??

用戶計時器
相信大家在使用VC時一定接觸過用戶計時器。它通過SetTimer來設(shè)置。但是好多人對它與可等待計時器混淆不清。其實，兩者最大區(qū)別就是用戶計時器需要在用戶程序中使用大量的用戶界面基礎(chǔ)設(shè)施，從而消耗更多的資源。而可等待計時器是內(nèi)核對象，不僅可以在多線程間共享而且具備安全性?。用戶計時器會產(chǎn)生WM_TIMER消息，這個消息被送到SetTimer設(shè)置的回調(diào)函數(shù)。此時只有一個線程得到通知。而可等待計時器對象可以被多個線程等待。
如果打算在計時器被觸發(fā)時執(zhí)行與用戶界面相關(guān)的操作。使用用戶計時器可使代碼更容易編寫。

信號量內(nèi)核對象：與其他所有內(nèi)核對象相同，它們也包含一個使用計數(shù)，但是它們還包括另外兩個32bit值，一個最大資源計數(shù)和一個當(dāng)前資源計數(shù)。最大資源計數(shù)表示信號量可以控制的最大資源數(shù)量，當(dāng)前資源計數(shù)表示信號量當(dāng)前可用資源的數(shù)量。

信號量的規(guī)則如下：

1.如果當(dāng)前資源計數(shù)大于0，那么信號量處于觸發(fā)狀態(tài)

2.如果當(dāng)前資源計數(shù)等于0，那么信號量處于未觸發(fā)狀態(tài)

3.系統(tǒng)絕對不會讓當(dāng)前資源計數(shù)變?yōu)樨摂?shù)

4.當(dāng)前資源計數(shù)絕對不會大于最大資源計數(shù)

下面函數(shù)用來創(chuàng)建信號量內(nèi)核對象：

HANDLE?CreateSomaphore(??PSECURITY_ATTRIBUTE?psa,??LONG?lInitialCount,??LONG?lMaximuCount,??PCTSTR?pszName);??

?lMaximumCount告訴系統(tǒng)應(yīng)用程序能夠處理的資源最大數(shù)量。
?lInitialCount表示這些資源一開始有多少可供使用。

任何進程都可以調(diào)用OpenSemaphore來得到一個已經(jīng)存在的信號量的句柄

HANDLE?OpenSemaphore（??DWORD?dwDesiredAccess,??BOOL?hInheritHandle,??PCTSTR?pszName);??

線程通過調(diào)用ReleaseSemaphore來遞增信號量的當(dāng)前資源計數(shù)。

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

互斥量內(nèi)核對象：用來確保一個線程獨占對一個資源的訪問，互斥量對象包含一個使用技術(shù)，線程ID以及一個遞歸計數(shù)。互斥量與關(guān)鍵段的行為完全相同。但是互斥量是內(nèi)核對象，而關(guān)鍵段是用戶模式下的同步對象（當(dāng)對資源的競爭比較激烈的時候，這個時候?qū)⒉坏貌贿M入內(nèi)核模式）。

線程ID用來標識當(dāng)前占用這互斥量的是系統(tǒng)中的哪個線程，遞歸計數(shù)表示這線程占用該互斥量的次數(shù)，互斥量可以確保保證正在訪問內(nèi)存塊的任何線程會獨占對內(nèi)存塊的訪問權(quán)。

下面是互斥量的規(guī)則：

1.如果線程ID為0(無效線程ID),那么該互斥量不為任何線程所占用，它處于觸發(fā)狀態(tài)

2.如果線程ID為非0值，那么有一個線程已經(jīng)占用了該互斥量，它處于未觸發(fā)狀態(tài)

3.與所有其他內(nèi)核對象不同，操作系統(tǒng)對互斥量進行特殊處理，允許他們違反一些常規(guī)的規(guī)則。

要使用互斥量，進程必須先調(diào)用CreateMutexl來插件創(chuàng)建一個互斥量

HANDLE?CreateMutex(??PSECURITY_ATTRIBUTES?psa,??BOOL?bInitialOwner,??PCTSTR?pszName);???bInitialOwner用來控制互斥量的初始狀態(tài)。如果傳入false，那么表示互斥量不屬于任何線程。線程ID和遞歸計數(shù)都為0。此時互斥量處于觸發(fā)狀態(tài)。如果為true，互斥量的線程ID將被設(shè)為主調(diào)線程的線程ID，遞歸計數(shù)被設(shè)為1。

OpenMutex來打開一個已存在的互斥量。

HANDLE?OpenMutex(??DWORD?dwDesiredAccess,??BOOL?bInheritHandle,??PCTSTR?pszName);??

為了獲得對被保護資源的訪問權(quán)，線程要調(diào)用等待函數(shù)并傳入互斥量句柄。在內(nèi)部，等待函數(shù)會檢查線程ID是否為0，如果為0，等待線程將互斥量對象線程ID設(shè)為當(dāng)前線程ID，遞歸計數(shù)為1。否則，主調(diào)線程將會被掛起。當(dāng)其他線程完成對保護資源的互斥訪問，釋放對互斥量的占有時，互斥量的線程ID被設(shè)為0，原來被掛起的線程變?yōu)榭烧{(diào)度狀態(tài)，并將互斥量對象對象ID設(shè)為此線程ID，遞歸計數(shù)為1。
前面一直提到遞歸計數(shù)，卻沒有解釋它的意思。當(dāng)線程試圖等待一個未觸發(fā)的互斥量對象，此時通常處于等待狀態(tài)。但是系統(tǒng)會檢查想要獲得互斥量的線程的線程ID與互斥量對象內(nèi)部記錄的線程ID是否相同。如果相同，那么系統(tǒng)會讓線程保持可調(diào)度狀態(tài)，即使該互斥量尚未觸發(fā)。每次線程等待成功一個互斥量，互斥對象的遞歸計數(shù)就會被設(shè)為1。因此，使遞歸對象大于1?的唯一途徑是讓線程多次等待同一個互斥量。

當(dāng)目前占有互斥量的線程不再需要訪問互斥資源時，它必須調(diào)用ReleaseMutex來釋放互斥量。

BOOL?ReleaseMutex(HANDLE?hMutex);??

調(diào)用ReleaseMutex時該函數(shù)會檢查調(diào)用線程ID是否與互斥量內(nèi)部保存的線程ID相同。如果相同，那么遞歸計數(shù)會遞減。否則函數(shù)執(zhí)行失敗返回false。如果線程成功等待了互斥量對象不止一次，那么線程必須調(diào)用相同次數(shù)的ReleaseMutex才能使對象的遞歸計數(shù)變成0。

WaitFotInputIdle函數(shù)：線程可以調(diào)用這函數(shù)來將自己掛起

DWORD WaitForInputIdle( HANDLE hProcess, DWORD dwMilliseconds );

hProcess 進程的句柄。如果這個進程是一個控制臺應(yīng)用程序或者沒有消息隊列，函數(shù)立刻返回。
dwMilliseconds 超時間隔，單位為毫秒。如果 dwMilliseconds 設(shè)為 INFINITE，函數(shù)會一直等到進程空閑即初始化完成后才返回。

返回值	說明
0	線程初始化成功，等待結(jié)束。
WAIT_TIMEOUT	等待強制結(jié)束，線程初始化超出dwMilliseconds 。
WAIT_FAILED	出錯。會設(shè)置GetLastError。

該函數(shù)可以使一個線程掛起，直到規(guī)定線程初始化完成，等待用戶輸入。這對于父進程和子進程之間的同步是極其有用的，因為CreateProcess函數(shù)不會等待新進程完成它的初始化工作。在試圖與子線程通訊前，父線程可以使用WaitForInputIdle來判斷子線程是否已經(jīng)初始化完成。舉例來說，在試圖與新進程關(guān)聯(lián)的窗口之前，進程應(yīng)該先調(diào)用WaitForInputIdle。

BOOL?StartProcess(char*?strCmdLine)?? {??BOOL?bRet?=?FALSE;??STARTUPINFO?sinfo;??PROCESS_INFORMATION?pinfo;??memset(&sinfo,?0,?sizeof(sinfo));??sinfo.cb?=?sizeof(STARTUPINFO);??char?szDir[4];??szDir[0]?=?strCmdLine[0];??szDir[1]?=?strCmdLine[1];??szDir[2]?=?0;??if?(CreateProcess(0,?strCmdLine,?0,?0,?0,?0,?0,?szDir,?&sinfo,?&pinfo))??{??PushLog("進程已創(chuàng)建，等待初始化完成...");??if?(WaitForInputIdle(pinfo.hProcess,?30000)?==?0)??{??PushLog("進程創(chuàng)建完成，初始化完畢");??bRet?=?TRUE;??}??else??{??PushLog("%s在30秒內(nèi)未初始化完成，或者有錯誤發(fā)生code=%d",?strCmdLine,?GetLastError());??}??CloseHandle(pinfo.hThread);??CloseHandle(pinfo.hProcess);??}??if?(bRet?==?FALSE)??{??DWORD_G?dwErr?=?GetLastError();??PushLog("%s在啟動過程中有錯誤發(fā)生，code=%d",?strCmdLine,?dwErr);??}??return?bRet;?? }??

線程也可以調(diào)用MsgWaitForMultipleObjects或MsgWaitForMultipleObjectEx，這使得線程等待需要自己處理的消息。

DWORD MsgWaitForMultipleObjects(DWORD nCount,????????? // 表示pHandles所指的handles數(shù)組的元素個數(shù)，最大容量是MAXIMUM_WAIT_OBJECTSLPHANDLE pHandles,???? // 指向一個由對象handles組成的數(shù)組，這些handles的類型不需要相同BOOL fWaitAll,???????? // 是否等待所有的handles被激發(fā)才返回DWORD dwMilliseconds,? // 超時時間DWORD dwWakeMask?????? // 欲觀察的用戶輸入消息類型 ); DWORD MsgWaitForMultipleObjectsEx(DWORD nCount, //句柄數(shù)組中句柄數(shù)目LPHANDLE pHandles, //指向句柄數(shù)組的指針DWORD dwMilliseconds, //以毫秒計的超時值DWORD dwWakeMask, //要等待的輸入事件類型DWORD dwFlags //等待標志 );

這些函數(shù)與waitformultipleobjetcs函數(shù)類似，不同之處在于，不僅內(nèi)核對象被觸發(fā)的時候調(diào)用線程也會變成可調(diào)度狀態(tài)，而且當(dāng)窗口消息需要被配送到一個由調(diào)用線程創(chuàng)建的窗口時，它們也會變成可調(diào)度狀態(tài)。創(chuàng)建出口的線程和執(zhí)行與用戶界面相關(guān)的任務(wù)的線程不應(yīng)該使用waitformutipleobjects而應(yīng)該使用MsgWaitForMultipleObjectsEx。這是因為前者會妨礙線程對用戶界面上的操作進行響應(yīng)。

SignalObjectAndWait函數(shù)會通過一個原子操作來觸發(fā)一個內(nèi)核對象并等待另一個內(nèi)核對象：

DWORD WINAPI SignalObjectAndWait( __in HANDLE hObjectToSignal, __in HANDLE hObjectToWaitOn, __in DWORD dwMilliseconds, __in BOOL bAlertable );

hObjectToSignal	要通知的內(nèi)核對象的句柄.
hObjectToWaitOn	要等待的內(nèi)核對像的句柄.
dwMilliseconds	等待內(nèi)核對象的時間,以毫秒為單位.
bAlertable	如果這個值為TRUE,函數(shù)返回,并調(diào)用完成端口指定函數(shù). 如果這個值為FALSE函數(shù)不返回,也不調(diào)用指定函數(shù).

等你需要通知一個互斥內(nèi)核對象并等待一個事件內(nèi)核對象的時候，可以這么寫：

ReleaseMutex(hMutex); WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);可是，這樣的代碼不是以原子的方式來操縱這兩個內(nèi)核對象。因此，可以更改如下：
SignalObjectAndWait(hMutex, hEvent, INFINITE, FALSE);

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用内核对象进行线程同步的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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