ОС / 5. ОС - Управление процессами - 2

11

Объекты синхронизации

Объект – структура данных в системной памяти.

К "просто объектам" относятся, например, окна, курсоры, растровые рисунки и т.п.

К объектам ядра – открытые файлы, процессы, нити и др. Они могут иметь атрибуты защиты, а также могут иметь имя (для связи независимых процессов).

Программа пользователя не может получить адрес объекта, а только его хэндл, который должен использоваться при обращениях

ксистемным функциям работы с объектом.

Отличительная черта объектов синхронизации – наличие состояния "Signaled / Not signaled".

Signaled – "Случилось что-то такое, чего мы ждали"

Not signaled – "Надо еще подождать".

Операционные системы. Управление процессами - 2

12

Функции ожидания

WaitForSingleObject(хэндл, тайм-аут);

Ожидает перехода указанного объекта синхронизации в сигнальное состояние.

Завершается либо по сигнальному состоянию объекта, либо по истечению тайм-аута (он указывается в мс, но может также быть 0 или "бесконечность").

Возвращает причину завершения.

WaitForMultipleObjects(длина_массива,

массив_хэндлов, флаг "All/Any", тайм-аут);

В зависимости от флага, ожидает перехода в сигнальное состояние либо всех объектов, либо любого из них.

В случае "Any" возвращает номер сигнального объекта (или 0 – если тайм-аут).

Операционные системы. Управление процессами - 2

13

Типы объектов синхронизации

Процессы и нити.

Сигнальное состояние – завершение.

Назначение – понятно.

Event

Самый простой вид объекта, не имеющий никаких атрибутов, кроме состояния «Сигнальное / Несигнальное».

Создание: hEvent=CreateEvent(…);

Установка в сигнальное: функция SetEvent(hEvent);

Два вида Event: с автосбросом (сбрасываются функцией WaitFor…) и с ручным сбросом (только явно, функцией ResetEvent).

Назначение: с автосбросом – «передача эстафеты» от одного потока другому; с ручным сбросом – переключение состояния процесса: «всем потокам можно двигаться вперед» / «всем надо ждать».

Операционные системы. Управление процессами - 2

14

Типы объектов синхронизации

Mutex (двоичный семафор)

Исторически первый примитив синхронизации, предложенный Дейкстрой.

Сигнальное состояние – «свободен», несигнальное – «занят».

Освобождается функцией ReleaseMutex(hMutex), занимается функцией WaitFor…().

Поток, занявший мьютекс, становится его владельцем. Только он может освободить мьютекс.

Владелец может захватить один мьютекс несколько раз подряд, но потом должен столько же раз освободить его (т.е. имеется счетчик занятости).

Назначение – не дать двум процессам одновременно попасть в «критические секции», т.е. участки программы, где они одновременно работают с одним и тем же изменяемым ресурсом (например, редактируют одну и ту же запись БД).

Операционные системы. Управление процессами - 2

15

Типы объектов синхронизации

Semaphore (недвоичный семафор)

Содержит счетчик 0 .. N, причем несигнальное значение – только 0.

Увеличение счетчика: функция ReleaseSemaphore(..), причем можно увеличить сразу на несколько единиц;

Уменьшение счетчика – функции WaitFor…, но только на 1.

Нет понятия «владельца», т.е. вполне нормально, если один поток уменьшает семафор, а другой увеличивает.

Назначение: распределение ограниченного количества единиц ресурса в задачах типа «Поставщик / Потребитель». Например, имеется ограниченный буфер, в который один поток помещает свои сообщения, а другой должен их обрабатывать.

Для корректного решения таких задач часто требуется использовать еще и мьютекс.

Операционные системы. Управление процессами - 2

16

Типы объектов синхронизации

Waitable Timer (Таймер «для ожидания»)

Отличается от более древних таймеров, посылающих сообщения. Те таймеры даже не являлись объектами.

Создается функцией CreateWaitableTimer(…), запускается и перезапускается функцией SetWaitableTimer(…).

Номинальная точность – 100 нс.

Может быть одноразовым или периодическим.

Может быть с автосбросом или с ручным сбросом.

Можно задавать абсолютное время или относительно данного момента.

Назначение: всякая синхронизация по времени.

Операционные системы. Управление процессами - 2

17

Типы объектов синхронизации

Change Notification (Уведомление об изменении в заданном каталоге)

Задается путь к каталогу, фильтр видов отслеживаемых изменений (например, создание и удаление файлов, изменение определенных атрибутов) и флаг отслеживания подкаталогов.

Детектирует только сам факт изменения, без конкретизации.

Назначение: динамическое отображение каталогов в программах типа Проводник, Far Manager и т.п.

Console Input (Консольный ввод)

Отслеживает появление символов в буфере ввода консоли.

Назначение: ввод без ожидания с клавиатуры.

Операционные системы. Управление процессами - 2

18

Переменные типа CRITICAL_SECTION

Функционально очень близки к Mutex, но являются не объектами Windows, а просто переменными в адресном пространстве пользователя.

Не могут использоваться в фукциях ожидания WaitFor…, ибо доступны не по хэндлу, а по адресу.

По этой причине могут синхронизировать только потоки одного и того же процесса, но зато работают быстрее.

Вместо WaitFor… – собственный набор функций: InitializeCriticalSection(pCS), EnterCriticalSection(pCS), LeaveCriticalSection(pCS), а также TryEnterCriticalSection(pCS) – попытка входа в секцию без блокирования.

Назначение, как и для Mutex, - взаимное исключение потоков, пытающихся войти в свои критические секции.

Операционные системы. Управление процессами - 2

19

Сообщения

Сообщение – структура данных, содержащая:

тип сообщения (т.е. его смысл) – число; для обозначения известных системе сообщений используют имена констант, например, WM_PAINT, WM_KEYDOWN и т.п.

адресат сообщения (конкретное окно, все окна или нить процесса); адресат задается хэндлом соответствующего объекта;

время отправки;

координаты курсора (для сообщений от мыши);

параметры wParam и lParam, смысл которых зависит от типа сообщения.

Операционные системы. Управление процессами - 2

20

Сообщения

Сообщения могут посылаться как системой, так и пользовательскими процессами.

Основное назначение системных сообщений – работа с графическим интерфейсом программ (изменение состояния окон, курсора, клавиатуры и т.п.).

Система посылает сообщения избыточно, по принципу «вдруг процессу это интересно?». Если адресат не обрабатывает сообщение, оно обрабатывается системой по умолчанию. Часто (но не всегда) при этом вообще ничего не делается.

Сообщения могут также использоваться для синхронизации нитей и обмена данными между процессами.

Операционные системы. Управление процессами - 2