Объекты синхронизации и функции ожидания

В ОС Windows, синхронизация процессов и потоков осуществляется с помощью специальных объектов, называемых объектами синхронизации. Часть из них является объектами ядра системы. Они могут находиться в одном из двух состояний:

1) сигнальное (включенное) состояние;

2) несигнальное (выключенное) состояние.

В целом, все объекты синхронизации могут быть разбиты на три класса.

К первому относят те объекты, которые существуют только для решения задач синхронизации взаимодействующих потоков:

1) mutex;

2) event;

3) semaphore.

Ко второму классу объектов синхронизации относится так называемый ожидающий таймер, который переходит в сигнальное состояние по истечении заданного интервала времени.

К третьему классу относятся объекты, которые переходят в сигнальное состояние по завершении своей работы:

1) job;

2) process;

3) thread.

Для синхронизации параллельных потоков наиболее часто используются объекты первого типа, к которым добавляется несистемный объект, называемый объектом критической секции.

Windows для целей синхронизации потоков, помимо объектов синхронизации, использует специальные системные функции, называемые функциями ожидания. Это функции, параметрами которых являются объекты синхронизации. Функции ожидания обычно используются для блокировки, то есть приостановки выполнения потоков при доступе к критическим ресурсам.

Блокировка потока выполняется следующим образом:

Если дескриптор объекта синхронизации является параметром функции ожидания, а сам объект синхронизации находится в несигнальном состоянии, то поток, в котором вызывается функция ожидания, блокируется до перехода объекта синхронизации в сигнальное состояние. Блокирование означает, что доступ к критическому ресурсу временно запрещается, например, вследствие того, что ресурс предоставлен в данный момент другому потоку. Когда объект синхронизации переходит в сигнальное состояние, то это означает, что доступ к ресурсу разрешается, и поток, вызвавший функцию ожидания, может продолжить свое выполнение.

В Windows широко используются две функции ожидания:

1) WaitForSingleObject ();

2) WaitForMultipleObjects ().

Первая функция используется для ожидания перехода в сигнальное состояние только одного объекта синхронизации. Эта функция имеет следующий обобщенный формат:

WaitForSingleObject (PS1, PS2);

PS1 – дескриптор объекта синхронизации, PS2 – интервал ожидания в миллисекундах. Данная функция выполняется следующим образом:

· В течение интервала PS2 она ожидает перехода объекта синхронизации, дескриптор которого задается параметром PS1, в сигнальное состояние. Если PS2 == 0, то функция только проверяет состояние объекта синхронизации. Если PS2 == INFINITE, то функция ждет перехода объекта синхронизации в сигнальное состояние бесконечно долго.

В случае успешного завершения, данная функция может возвратить одно из трех значений:

1) объект перешел в сигнальное состояние. Это означает, что объект синхронизации перешел в сигнальное состояние, или уже находился в нем;

2) «забытый» мьютекс. Означает, что объектом синхронизации являлся мьютекс, который не был освобожден завершившимся потоком. В этом случае, он принудительно освобождается ОС и переходит в сигнальное состояние;

3) время ожидания истекло. Смысл в том, что закончился период PS2.

В случае неудачного завершения возвращается константа WAIT_FAILED.

Вторая функция служит для ожидания перехода в сигнальное состояние нескольких объектов синхронизации, либо одного из нескольких объектов.

WaitForMultipleObjects (PM1, PM2, PM3, PM4);

Первый параметр – количество объектов синхронизации; второй – массив дескрипторов объектов; третий – режим ожидания; четвертый – интервал ожидания в миллисекундах.

Если PM3 == true, то функция в течение интервала времени, равного PM4, ждет освобождения всех объектов синхронизации, дескрипторы которых заданы в PM2, перейдут в сигнальное состояние.

Если PM3 == false, то функция в течение PM4 ждет освобождения любого из объектов синхронизации. Если PM4 == 0, то функция только проверяет состояние объектов синхронизации.

Если PM4 == INFINITE, то функция ожидает перехода объектов синхронизации в сигнальное состояние бесконечно долго.

Количество объектов синхронизации, которые могут использоваться в данной функции не должно превышать некоторого максимального значения, задаваемого в ОС, и объекты синхронизации не должны повторяться.