核心编程6——线程
Note 0:
了進程實際是由兩個組件組成的:一個進程內核對象和一個地址空間.類似地,線程也由兩個組件組成:
一個是線程的內核對象,操作系統(tǒng)用它管理線程.內核對象還是系統(tǒng)用來存放線程統(tǒng)計信息的地方.
一個線程堆棧,用于維護線程執(zhí)行時所需的所有函數參數和局部變量.
Note 1:
進程是有惰性的.進程從來不執(zhí)行任何東西,它只是一個線程的容器.線程必然是在某個進程的上下文中創(chuàng)建的,而且會在這個進程內部"終其一生".這意味著線程要在其進程的地址空間內執(zhí)行代碼和處理數據.此外,這些線程還共享內核對象句柄,因為句柄表是針對每一個進程的,而不是針對每一個線程.相較于線程,進程所使用的系統(tǒng)資源更多.其原因在于地址空間.為一個進程創(chuàng)建一個虛擬的地址空間需要大量系統(tǒng)資源.系統(tǒng)中會發(fā)生大量的記錄活動,而這需要用到大量內存.而且,由于.exe和.dll文件要加載到一個地址空間,所以還需要用到文件資源.另一方面,線程使用的系統(tǒng)資源要少得多.事實上,線程只有一個內核對象和一個堆棧；幾乎不涉及記錄活動,所以不需要占用多少內存.
Note 2:
線程描述了進程內部的一個執(zhí)行路徑.每次初始化進程時,系統(tǒng)都會創(chuàng)建一個主線程.對于用Microsoft C/C++編譯器生成的應用程序,這個線程首先會執(zhí)行C/C++運行庫的啟動代碼,后者調用入口函數(_tmain或_tWinMain),并繼續(xù)執(zhí)行,直至入口函數返回C/C++運行庫的啟動代碼,后者最終將調用ExitProcess.對于許多應用程序來說,這個主線程是應用程序惟一需要的線程.但是,進程也可以創(chuàng)建額外的線程來幫助它們完成自己的工作.
Note 3:
操作系統(tǒng)的Windows Indexing Services(Windows索引服務)創(chuàng)建了一個低優(yōu)先級的線程.此線程定期醒來.并對硬盤上的特定區(qū)域的文件內容進行索引.Windows索引服務極大改進了性能.因為一旦成功建立索引.就不必在每次搜索時都打開、掃描和關閉硬盤上的每一個文件.配合這種索引服務.Microsoft Windows Vista提供了一套高級的搜索功能.
Note 4:
如果想創(chuàng)建一個或
多個輔助線程.只需讓一個正在運行的線程調用CreateThread:
HANDLE CreateThread(
PSECURITY_ATTRIBUTES psa,
DWORD cbStackSize,
PTHREAD_START_ROUTINE pfnStartAddr,
PVOID pvParam,
DWORD dwCreateFlags,
PDWORD pdwThreadID);
調用CreateThread時.系統(tǒng)會創(chuàng)建一個線程內核對象.這個線程內核對象不是線程本身.而是一個較小的數據結構.操作系統(tǒng)用這個結構來管理線程.可以把線程內核對象想象為一個由線程統(tǒng)計信息構成的小型數據結構.這與進程和進程內核對象之間的關系是相同的
系統(tǒng)將進程地址空間的內存分配給線程堆棧使用.新線程在與負責創(chuàng)建的那個線程相同的進程上下文中運行.因此.新線程可以訪問進程內核對象的所有句柄、進程中的所有內存以及同一個進程中其他所有線程的堆棧.這樣一來.同一個進程中的多個進程可以很容易地互相通信.
Note 5:
CreateThread函數是用于創(chuàng)建線程的Windows函數.不過.如果寫的是C/C++代碼.就絕對不要調用CreateThread.相反.正確的選擇是使用Microsoft C++運行庫函數_beginthreadex.如果使用的不是Microsoft C++編譯器.你的編譯器的提供商應該提供類似的函數來替代CreateThread.不管這個替代函數是什么.都必須使用它.
Note 6:
使用鏈接器的/STACK開關來控制線程堆棧使用多少地址空間.如下所示:
/STACK:[reserve] [,commit]
reserve參數用于設置系統(tǒng)將為線程堆棧預留多少地址空間.默認是1 MB(在Itanium芯片組上.默認大小為 4 MB).commit參數指定最初應為堆棧的保留區(qū)域提交多少物理存儲空間.默認是1頁.隨著線程中的代碼開始執(zhí)行.需要的存儲空間可能不止1頁.如果線程溢出它的堆棧.會產生異常.(有關線程堆棧和堆棧溢出異常的詳情.請參見第16章.有關常見異常處理的詳情.請參見第23章.)系統(tǒng)將捕獲這種異常.并將另一個頁(或者為commit參數指定的任何大小)提交給保留空間.這樣一來.線程堆棧就可以根據需要動態(tài)地增大.
Note 7:
保留空間的容量設定了堆棧空間的上限.這樣才能捕獲代碼中的無窮遞歸bug.例如.假設你寫了一個函數以遞歸方式調用其自身.而且這個函數存在一個bug.會導致無窮遞歸.每次此函數調用自身時.都會在內存堆棧上創(chuàng)建一個新的堆棧幀.如果系統(tǒng)沒有設定堆棧空間的上限.這個遞歸調用的函數就永遠不會終止調用自身.進程的所有地址空間都會被分配出去.大量物理存儲會提交給堆棧.通過設置堆棧空間的上限.可以防止應用程序耗盡物理內存區(qū)域.而且還可以盡早察覺程序中的bug.
Note 8:
創(chuàng)建多個線程時.可以讓它們使用同一個函數地址作為起點.這樣做完全合法.而且非常有用.(可以傳遞了不同的pvParam值,來區(qū)分不同的線程所調用相同的函數.)
Note 9:
TerminateThread函數是異步的.也就是說.它告訴系統(tǒng)你想終止線程.但在函數返回時.并不保證線程已經終止了.如果需要確定線程已終止運行.還需要調用WaitForSingleObject或類似的函數.并向其傳遞線程的句柄.
Note 10:
如果通過返回或調用ExitThread函數的方式來終止一個線程的運行.該線程的堆棧也會被銷毀.但是.如果使用的是TerminateThread.那么除非擁有此線程的進程終止運行.否則系統(tǒng)不會銷毀這個線程的堆棧.Microsoft故意以這種方式來實現TerminateThread.否則.假如其他還在運行的線程要引用被"殺死"的那個線程的堆棧上的值.就會引起訪問沖突.讓被"殺死"的線程的堆棧保留在內存中.其他的線程就可以繼續(xù)正常運行.
此外.動態(tài)鏈接庫(DLL)通常會在線程終止運行時收到通知.不過.如果線程是用TerminateThread強行"殺死"的.則DLL不會收到這個通知.其結果是不能執(zhí)行正常的清理工作.
Note 11:
線程終止運行時.會發(fā)生下面這些事情:
線程擁有的所有用戶對象句柄會被釋放.在Windows中.大多數對象都是由包含了"創(chuàng)建這些對象的線程"的進程擁有的.但是.一個線程有兩個User對象:窗口(window)和掛鉤(hook).一個線程終止運行時.系統(tǒng)會自動銷毀由線程創(chuàng)建或安裝的任何窗口.并卸載由線程創(chuàng)建或安裝的任何掛鉤.其他對象只有在擁有線程的進程終止時才被銷毀.
線程的退出代碼從STILL_ACTIVE變成傳給ExitThread或TerminateThread的代碼.
線程內核對象的狀態(tài)變?yōu)閟ignaled.
如果線程是進程中的最后一個活動線程.系統(tǒng)認為進程也終止了.
線程內核對象的使用計數遞減1.
Note 19:
對CreateThread函數的一個調用導致系統(tǒng)創(chuàng)建一個線程內核對象.該對象最初的使用計數為2.(除非線程終止,而且從CreateThread返回的句柄關閉,否則線程內核對象不會被銷毀.)該線程內核對象的其他屬性也被初始化：暫停計數被設為1,退出代碼被設為STILL_ACTIVE (0x103),而且對象被設為nonsignaled狀態(tài).
Note 20:
一旦創(chuàng)建了內核對象,系統(tǒng)就分配內存,供線程的堆棧使用.此內存是從進程的地址空間內分配的,因為線程沒有自己的地址空間.然后,系統(tǒng)將兩個值寫入新線程堆棧的最上端.(線程堆棧始終是從高位內存地址向低位內存地址構建的.)寫入線程堆棧的第一個值是傳給CreateThread函數的pvParam參數的值.緊接在它下方的是傳給CreateThread函數的pfnStartAddr值.
Note 21:
每個線程都有其自己的一組CPU寄存器,稱為線程的上下文(context).上下文反映了當線程上一次執(zhí)行時,線程的CPU寄存器的狀態(tài).線程的CPU寄存器全部保存在一個CONTEXT結構(在WinNT.h頭文件中定義).CONTEXT結構本身保存在線程內核對象中.
Note 22:
當線程的內核對象被初始化的時候,CONTEXT結構的堆棧指針寄存器被設為pfnStartAddr在線程堆棧中的地址.而指令指針寄存器被設為RtlUserThreadStart函數(該函數未見于正式文檔)的地址,此函數是NTDLL.dll模塊導出的.
RtlUserThreadStart函數的基本用法如下：
VOID RtlUserThreadStart(PTHREAD_START_ROUTINE pfnStartAddr, PVOID pvParam) {
__try {
ExitThread((pfnStartAddr)(pvParam));
}
__except(UnhandledExceptionFilter(GetExceptionInformation())) {
ExitProcess(GetExceptionCode());
}
// NOTE: We never get here.
}
Note 23:
線程完全初始化好之后,系統(tǒng)將檢查CREATE_SUSPENDED標志是否傳給CreateThread函數.如果此標記沒有傳遞,系統(tǒng)將線程的暫停計數遞增至0；隨后,線程就可以調度給一個處理器去執(zhí)行.然后,系統(tǒng)在實際的CPU寄存器中加載上一次在線程上下文中保存的值.現在,線程可以在其進程的地址空間中執(zhí)行代碼并處理數據了.
Note 24:
新線程執(zhí)行RtlUserThreadStart函數的時候,將發(fā)生以下事情:
圍繞你的線程函數,會設置一個結構化異常處理(Structured Exception Handling,SEH)幀.這樣一來,線程執(zhí)行期間所產生的任何異常都能得到系統(tǒng)的默認處理.
系統(tǒng)調用你的線程函數,把你傳給CreateThread函數的pvParam參數傳給它.
線程函數返回時,RtlUserThreadStart調用ExitThread,將你的線程函數的返回值傳給它.線程內核對象的使用計數遞減,而后線程停止執(zhí)行.
如果線程產生了一個未被處理的異常,RtlUserThreadStart函數所設置的SEH幀會處理這個異常.通常,這意味著會向用戶顯示一個消息框,而且當用戶關閉此消息框時,RtlUserThreadStart會調用ExitProcess來終止整個進程,而不只是終止有問題的線程.
Note 25:
當RtlUserThreadStart開始執(zhí)行時,它會調用C/C++運行庫的啟動代碼,后者初始化繼而調用你的_tmain或_tWinMain函數.你的入口函數返回時,C/C++運行時啟動代碼會調用ExitProcess.所以對于C/C++應用程序來說,主線程永遠不會返回到RtlUserThreadStart函數.
Note 26:
Visual Studio附帶了4個原生的C/C++運行庫,還有2個庫面向Microsoft.NET的托管環(huán)境.注意,所有這些庫都支持多線程開發(fā)：不再有單獨的一個C/C++庫專門針對單線程開發(fā).下面對這些庫進行了描述.
Microsoft Visual Studio附帶的C/C++庫
庫名稱????? 描述
LibCMt.lib?? 庫的靜態(tài)鏈接Release版本
LibCMtD.lib 庫的靜態(tài)鏈接Debug版本
MSVCRt.lib?? 導入庫,用于動態(tài)鏈接MSVCR80.dll 庫的Release版本. (這是新建項目時的默認庫)
MSVCRtD.lib 導入庫,用于動態(tài)鏈接MSVCR80D.dll庫的Debug版本
MSVCMRt.lib 導入庫,用于托管/原生代碼混合
MSVCURt.lib 導入庫,編譯成百分之百純MSIL代碼
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?轉載于:https://www.cnblogs.com/lzjsky/archive/2010/06/04/1751719.html
總結
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