Системное программирование в среде Windows

Харт Джонсон М.

CRITICAL_SECTION cs1;

volatile DWORD N = 0, М;

/* N — глобальная переменная, разделяемая всеми потоками. */

InitializeCriticalSection (&cs1);

…

EnterCriticalSection (&cs1);

if (N < N_MAX) { M = N; M += 1; N = M; }

LeaveCriticalSection (&cs1);

…

DeleteCriticalSection (&cs1);

На рис. 8.2 представлена одна из возможных последовательностей выполнения

программы для случая, изображенного на рис. 8.1, и продемонстрировано, каким образом объекты CS упрощают решение проблемы синхронизации.

Программа 8.1 демонстрирует, насколько полезными могут быть объекты CS.

Пример: простая система "производитель/потребитель"

Программа 8.1 иллюстрирует, насколько полезными могут быть объекты CS. Кроме того, эта программа демонстрирует, как создаются защищенные структуры данных для хранения состояний объектов, и знакомит с понятием инварианта (invariant) — свойства состояния объекта, относительно которого гарантируется (путем соответствующей реализации программы), что оно будет истинным за пределами критического участка кода. 

Рис. 8.2. Разделение общей памяти синхронизированными потоками

Описание задачи приводится ниже.

• Имеются два потока, производитель (producer) и потребитель (consumer), работающие в полностью асинхронном режиме.

• Производитель периодически создает сообщения, содержащие таблицу чисел, например, таблицу биржевых котировок, которая периодически обновляется.

• По требованию пользователя потребитель отображает текущие данные. Требуется, чтобы отображаемые данные представляли собой самый последний полный набор данных, но никакие данные не должны отображаться дважды.

• Данные не должны отображаться в те промежутки времени, когда они обновляются производителем; устаревшие данные также не должны отображаться. Обратите внимание на то, что многие сообщения вообще никогда не используются и, таким образом, "теряются". Этот пример является частным случаем конвейерной модели, в которой данные передаются из одного потока в другой.

• В качестве средства контроля целостности данных производитель вычисляет простую контрольную сумму [28] данных таблицы, которая далее сравнивается с аналогичной суммой, вычисленной потребителем, дабы удостовериться в том, что данные не были повреждены при их передаче из одного потока в другой. Данные, полученные при обращении к таблице в моменты ее обновления, будут недействительными; использование объектов CS гарантирует, что этого никогда не произойдет. Инвариантом блока сообщения (message block invariant) является корректность контрольной суммы для содержимого текущего сообщения.

28

Использование в данном случае контрольной суммы, вычисляемой в результате применения операции исключающего "или" к битам сообщения, носит исключительно иллюстративный характер. Существует множество других, более совершенных методик проверки целостности данных, которые и должны использоваться в промышленных приложениях.

• Обоими потоками поддерживается статистика суммарного количества отправленных, полученных и утерянных сообщений.

Программа 8.1.simplePC: простая система "производитель/потребитель"

/*

Глава 8. simplePC.с */

/* Поддерживает два потока — производителя и потребителя. */

/* Производитель периодически создает буферные данные с контрольными */

/* суммами, или "блоки сообщений", отображаемые потребителем по запросу */

/* пользователя. */

#include "EvryThng.h"

#include <time.h>

#define DATA_SIZE 256

typedef struct msg_block_tag { /* Блок сообщения. */

 volatile DWORD f_ready, f_stop; /* Флаги готовности и прекращения сообщений. */

 volatile DWORD sequence; /* Порядковый номер блока сообщения. */

 volatile DWORD nCons, nLost;

 time_t timestamp;

 CRITICAL_SECTION mguard; /* Структура защиты блока сообщения. */

 DWORD checksum; /* Контрольная сумма содержимого сообщения. */

 DWORD data[DATA_SIZE]; /* Содержимое сообщения. */

} MSG_BLOCK;

/* Одиночный блок, подготовленный к заполнению новым сообщением. */

MSG_BLOCK mblock = { 0, 0, 0, 0, 0 };

DWORD WINAPI produce(void*);

DWORD WINAPI consume(void*);

void MessageFill(MSG_BLOCK*);

void MessageDisplay(MSG_BLOCK*);

DWORD _tmain(DWORD argc, LPTSTR argv[]) {

 DWORD Status, ThId;

 HANDLE produce h, consume_h;

 /* Инициализировать критический участок блока сообщения. */

 InitializeCriticalSection (&mblock.mguard);

 /* Создать два потока. */

 produce_h = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, produce, NULL, 0, &ThId);

 consume_h = (HANDLE)_beginthreadex (NULL, 0, consume, NULL, 0, &ThId); 

 /* Ожидать завершения потоков производителя и потребителя. */

 WaitForSingleObject(consume_h, INFINITE);

 WaitForSingleObject(produce_h, INFINITE);

 DeleteCriticalSection(&mblock.mguard);

 _tprintf(_T("Потоки производителя и потребителя завершили выполнение\n"));

 _tprintf(_T("Отправлено: %d, Получено: %d, Известные потери: %d\n"), mblock.sequence, mblock.nCons, mblock.nLost);

 return 0;

}

DWORD WINAPI produce(void *arg)

/* Поток производителя — создание новых сообщений через случайные */

/* интервалы времени. */

{

 srand((DWORD)time(NULL)); /* Создать начальное число для генератора случайных чисел. */