进程与线程

1 进程与线程的区别

进程是程序的一次动态活动，线程是系统分配处理器资源的基本单元。

进程在执行过程中有独立的内存单元，多个线程共享内存（提高效率）。

进程靠线程来完成任务，线程不能独立存在，只能依附于进程。

进程由系统创建的PCB来维护，线程则由进程自己负责创建和维护。

进程拥有很多资源（程序+数据+空间），线程则只有程序计数器、一组寄存器和栈。

 

2 进程间通信

2.1 剪贴板Clipboard: 在16位时代常使用的方式，CWnd中提供支持；

2.2 窗口消息 标准的Windows消息以及专用的WM_COPYDATA消息 SENDMESSAGE()接收端必须有一个窗口；

2.3 使用共享内存方式（Shared Memory)

2.4 动态数据交换DDE

　　动态数据交换（DDE）通过维护全局分配内存使的应用程序间传递成为可能，其方式是在一块全局内存中手工放置大量的数据，然后使用窗口消息传递内存指针.这是16位WIN时代使用的方式，因为在WIN32下已经没有全局和局部内存 了，现在的内存只有一种就是虚存。

2.5 消息管道(Message Pipe)

用于设置应用程序间的一条永久通讯通道，通过该通道可以象自己的应用程序访问一个平面文件一样读写数据。

　　

　　匿名管道(Anonymous Pipes)

　　

　　单向流动，并且只能够在同一电脑上的各个进程之间流动。

　　

　　命名管道(Named Pipes)

　　

　　双向，跨网络，任何进程都可以轻易的抓住，放进管道的数据有固定的格式，而使用ReadFile()只能读取该大小的倍数。

　　

　　可以被使用于I/O Completion Ports

2.6 邮件槽(Mailslots)

　　

　　广播式通信,在32系统中提供的新方法，可以在不同主机间交换数据，在 WIN9X下只支持邮件槽客户

　　

2.7 Windows套接字(Windows Socket)

　　

　　它具备消息管道所有的功能，但遵守一套通信标准使的不同操作系统之上的应 用程序之间可以互相通信。

　　

2.8 Internet通信 它让应用程序从Internet地址上载或下载文件

　　

2.9 RPC：远程过程调用，很少使用，因其与UNIX的RPC不兼容。

　　

2.10 串行/并行通信(Serial/Parallel Communication)

　　

　　它允许应用程序通过串行或并行端口与其他的应用程序通信

　　

2.11 COM/DCOM通过COM系统的代理存根方式进行进程间数据交换，但只能够表现在对接口函数的调用时传送数据，通过DCOM可以在不同主机间传送数据。

 

3 线程间通信

线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。

线程互斥是指对于共享的操作系统资源（指的是广义的"资源"，而不是Windows的.res文件，譬如全局变量就是一种共享资源），在各线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。

线程互斥是一种特殊的线程同步。

实际上，互斥和同步对应着线程间通信发生的两种情况：

（1）当有多个线程访问共享资源而不使资源被破坏时；

（2）当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另外一个或多个线程时。

 

3.1全局变量

因为进程中的所有线程均可以访问所有的全局变量，因而全局变量成为Win32多线程通信的最简单方式。

3.2 事件

事件(Event)是WIN32提供的最灵活的线程间同步方式，事件可以处于激发状态(signaled or true)或未激发状态(unsignal or false)。根据状态变迁方式的不同，事件可分为两类：

（1）手动设置：这种对象只可能用程序手动设置，在需要该事件或者事件发生时，采用SetEvent及ResetEvent来进行设置。

（2）自动恢复：一旦事件发生并被处理后，自动恢复到没有事件状态，不需要再次设置。

创建事件的函数原型为：

HANDLE CreateEvent(
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
　// SECURITY_ATTRIBUTES结构指针，可为NULL
　BOOL bManualReset,
　// 手动/自动
　// TRUE：在WaitForSingleObject后必须手动调用ResetEvent清除信号
　// FALSE：在WaitForSingleObject后，系统自动清除事件信号
　BOOL bInitialState, //初始状态
　LPCTSTR lpName //事件的名称
);

 

　　使用"事件"机制应注意以下事项：

（1）如果跨进程访问事件，必须对事件命名，在对事件命名的时候，要注意不要与系统命名空间中的其它全局命名对象冲突；

（2）事件是否要自动恢复；

（3）事件的初始状态设置。

　　由于event对象属于内核对象，故进程B可以调用OpenEvent函数通过对象的名字获得进程A中event对象的句柄，然后将这个句柄用于ResetEvent、SetEvent和WaitForMultipleObjects等函数中。此法可以实现一个进程的线程控制另一进程中线程的运行，例如：

HANDLE hEvent=OpenEvent(EVENT_ALL_ACCESS,true,"MyEvent");
ResetEvent(hEvent);

 

3.3 信号量

信号量是维护0到指定最大值之间的同步对象。信号量状态在其计数大于0时是有信号的，而其计数是0时是无信号的。信号量对象在控制上可以支持有限数量共享资源的访问。、信号量的特点和用途可用下列几句话定义：

（1）如果当前资源的数量大于0，则信号量有效；

（2）如果当前资源数量是0，则信号量无效；

（3）系统决不允许当前资源的数量为负值；

（4）当前资源数量决不能大于最大资源数量。

创建信号量

HANDLE CreateSemaphore (
　PSECURITY_ATTRIBUTE psa,
　LONG lInitialCount, //开始时可供使用的资源数
　LONG lMaximumCount, //最大资源数
PCTSTR pszName);

 

　　释放信号量

通过调用ReleaseSemaphore函数，线程就能够对信标的当前资源数量进行递增，该函数原型为：

BOOL WINAPI ReleaseSemaphore(
　HANDLE hSemaphore,
　LONG lReleaseCount, //信号量的当前资源数增加lReleaseCount
　LPLONG lpPreviousCount
);

 

　　打开信号量

和其他核心对象一样，信号量也可以通过名字跨进程访问，打开信号量的API为：

HANDLE OpenSemaphore (
　DWORD fdwAccess,
　BOOL bInherithandle,
　PCTSTR pszName
);

 

3.4 互斥量

互斥量的作用是保证每次只能有一个线程获得互斥量而得以继续执行，使用CreateMutex函数创建：

HANDLE CreateMutex(
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
　// 安全属性结构指针，可为NULL
　BOOL bInitialOwner,
　//是否占有该互斥量，TRUE：占有，FALSE：不占有
　LPCTSTR lpName
　//信号量的名称
);

 

　　Mutex是核心对象，可以跨进程访问，下面的代码给出了从另一进程访问命名Mutex的例子：

HANDLE hMutex;
hMutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, L"mutexName");
if (hMutex){
　…
｝
else{
　…
}

 

　　相关API：

BOOL WINAPI ReleaseMutex(HANDLE hMutex);

 

　　使用互斥编程的一般方法是：

void UpdateResource()
{
　WaitForSingleObject(hMutex,…);
　...//do something
　ReleaseMutex(hMutex);
}

 

互斥(mutex)内核对象能够确保线程拥有对单个资源的互斥访问权。互斥对象的行为特性与临界区相同，但是互斥对象属于内核对象，而临界区则属于用户方式对象，因此这导致mutex与Critical Section的如下不同：

（1） 互斥对象的运行速度比关键代码段要慢；

（2） 不同进程中的多个线程能够访问单个互斥对象；

（3） 线程在等待访问资源时可以设定一个超时值。

下图更详细地列出了互斥与临界区的不同：

 

3.5 临界量

　定义临界区变量

CRITICAL_SECTION gCriticalSection;

 

通常情况下，CRITICAL_SECTION结构体应该被定义为全局变量，以便于进程中的所有线程方便地按照变量名来引用该结构体。

初始化临界区

VOID WINAPI InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

 

该函数用于对pcs所指的CRITICAL_SECTION结构体进行初始化。该函数只是设置了一些成员变量，它的运行一般不会失败，因此它采用了VOID类型的返回值。该函数必须在任何线程调用EnterCriticalSection函数之前被调用，如果一个线程试图进入一个未初始化的CRTICAL_SECTION，那么结果将是很难预计的。

删除临界区

VOID WINAPI DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

 

　　进入临界区

VOID WINAPI EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

 

　　离开临界区

VOID WINAPI LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

 

　　使用临界区编程的一般方法是：

void UpdateData()
{

　EnterCriticalSection(&gCriticalSection);

　...//do something
　LeaveCriticalSection(&gCriticalSection);

}

 

关于临界区的使用，有下列注意点：

（1）每个共享资源使用一个CRITICAL_SECTION变量；

（2）不要长时间运行关键代码段，当一个关键代码段长时间运行时，其他线程就会进入等待状态，这会降低应用程序的运行性能；

（3）如果需要同时访问多个资源，则可能连续调用EnterCriticalSection；

（4）Critical Section不是OS核心对象，如果进入临界区的线程"挂"了，将无法释放临界资源。这个缺点在Mutex中得到了弥补。