Особливості багатозадачності в середовищі Windows (48005)

Посмотреть архив целиком













Контрольна робота

з інформатики

Особливості багатозадачності в середовищі Windows


Вступ


Основні поняття багатозадачності в Windows 95 - процес (задача) і потік (нитка). Під процесом розуміється виконання програми в цілому (WinWord, Excel, Visual C++ і т.д.) Потоками у свою чергу є частини процесу, що виконуються паралельно.

Процесом звичайно називають екземпляр програми, що виконується.

Хоча на перший погляд здається, що програма і процес поняття практично однакові, вони фундаментально відрізняються один від одного. Програма представляє собою статичний набір команд, а процес це набір ресурсів і даних, що використовуються при виконанні програми. Процес в Windows складається з наступних компонентів:

- Структура даних, що включає в себе всю інформацію про процес, в тому числі список відкритих дескрипторів різних системних ресурсів, унікальний ідентифікатор процесу, різноманітну статистичну інформацію і т.д.;

- Адресний простір - діапазон адресів віртуальної пам‘яті, яким може користуватися процес;

- Програма, що виконується і дані, що проектуються на віртуальний адресний простір процесу.

Будь який процес має хоча б один потік (у цьому випадку його можна ототожнити з потоком). Це первинний потік створюється системою автоматично при створенні процесу. Далі цей потік може породити інші потоки, ті в свою чергу нові і т.д. Таким чином, один процес може володіти декількома потоками, і тоді вони одночасно виконують код в адресному просторі процесу.

Windows краще всього працює, коли всі потоки можуть займатися своїм ділом, не взаємодіючи один з одним. Але така ситуація дуже рідкісна. Звичайно потік створюється для виконання певної роботи, про завершення якої, ймовірно, захоче узнати інший потік.

Приклад: один потік підготовляє дані, інший їх сортує, а третій виводить результат у файл. Передавши готові дані другому потоку на сортування, перший починає обробку нового блоку. Тим часом другий потік повідомляє третьому, що можна виводити результати. Роботу цих трьох потоків необхідно синхронізувати.

Всі потоки в системі повинні мати доступ до системних ресурсів — кучам, послідовним портам, файлам, вікнам і т д. Якщо один із потоків запросить монопольний доступ до якого-небудь ресурсу, іншим потокам, яким теж потрібен цей ресурс, не вдасться виконати свої задачі. А с другої сторони, просто недопустимо, щоб потоки безконтрольно користувались ресурсами. Інакше може статися так, що один потік пише в блок пам‘яті, з якого інший щось зчитує.

Потоки повинні взаємодіяти один з одним в двох основних випадках:

1) спільно використовуючи один і той же ресурс (щоб не розрушити його);

2) коли треба повідомити інші потоки про завершення яких-небудь операцій

В Windows є маса засобів, що спрощують синхронізацію потоків. Але точно спрогнозувати, в який момент потоки будуть робити то-то и то-то, надзвичайно складно.


Механізми синхронізації


Найбільш простим механізмом синхронізації є використання Interlocked-функцій. Використання цих функцій гарантує “атомарне” виконання потрібних операцій, тобто потоки не будуть заважати один одному.

Пояснимо на прикладі:


// definition of global viriable lorig g_x = 0;

DWORD WINAPI ThreadFunc1(PVOID pvParam) {

g_x++;

return(0); }

DWORD WINAPI ThreadFunc2(PVOID pvParam} {

g_x++;

return(0); }


Нема ні якої впевненості, що отримаємо двійку, тому що ми не управляємо механізмом витіснення потоків.


// definition of global viriable long g_x = 0;

DWORD WINAPI ThreadFunc1(PVOID pvParam) {

InterlockedExchangeAdd(&g_x, 1);

return(0); }

DWORD WINAPI ThreadFunc2(PVOID pvPararr) {

InterlockedExchangeAdd(&g_x, 1);

return(0); }

Тут вже можна бути впевненим, що значення g_x=2.


Розглянемо ці функції більш детально

Якщо кілька потоків мають доступ до однієї змінного, те немає ніякої гарантії, що в процесі зміни значення цієї змінний одним потоком не відбудеться переключення на інший потік, що може читати її значення. Інший потік у цьому випадку одержить невірну інформацію. Для запобігання таких конфліктів у Windows 95 уведений ряд функцій, що дозволяють коректно змінювати змінні, доступ до яких мають кілька потоків. Перелічимо функції, що охороняють від переключення під час зміни значення змінної:

LONG InterlockedIncrement (LPLONG lpAddend) - збільшує значення за адресою lpAddend на одиницю;

LONG InterlockedDecrement (LPLONG lpAddend) - зменшує значення за адресою lpAddend на одиницю;

LONG InterlockedExchange (LPLONG Target, LONG Value) - заміняє значення, що знаходиться за адресою Target, на значення, передане в параметрі Value;

LONG InterlockedExchangeAdd (PLONG Addend, LONG Increment) - додає до значення за адресою Addend значення Increment;

PVOID InterlockedCompareExchange (PVOID *Destination, PVOID Exchange, PVOID Comperand) - порівнює значення за адресою Destination зі значенням, переданим у параметрі Comperand, і якщо ці значення рівні, то за адресою Destination міститься значення, передане в параметрі Exchange.

Іншими словами, якщо в тексті програми є загальна змінна, те її зміна повинна вироблятися в такий спосіб:


{ long Val;

....

Val++; // неправильно

InterlockedIncrement(&Val); // правильно

...

}


Усі спроби зробити щось, що вимагає моментальної реакції на зовнішні події, у середовищі Windows 3.x приводили до більш ніж скромних результатів, тому що подібні програми здобували відносно стандартизований, але неповороткий графічний інтерфейс, і більше нічого. Windows 95 у принципі дозволяє розробляти критичне вчасно реакції ПО типу систем керування.

Цей метод хороший для дуже простих речей, для більш складної синхронізації він не допоможе. На щастя у Windows передбачено п'ять стандартних механізмів для синхронізації процесів і потоків:

семафор

критична секція

м’ютекс

подія

таймер

Розглянемо кожний з цих механізмів.


Критична секція




Критична секція - це частина коду, доступ до якого тепер має тільки один потік. Інший потік може звернутися до критичного розділу, тільки коли перший вийде з нього.

Для роботи з критичними секціями використовуються наступні функції:

VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection) - ініціалізація синхронізатора типу критичний розділ.

lpCriticalSection - покажчик на змінну типу CRITICAL_SECTION.

VOID EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection) - запит на вхід у критичну секцію(розділ)

lpCriticalSection - покажчик на змінну типу CRITICAL_SECTION.

VOID LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection) - вихід із критичного розділу (звільнення семафора).

lpCriticalSection - покажчик на змінну типу CRITICAL_SECTION.

VOID DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection) - видалення критичного розділу (звичайно при виході з програми).

lpCriticalSection - покажчик на змінну типу CRITICAL_SECTION.

Отже, для створення критичного розділу необхідно ініціалізувати структуру CRITICAL_SECTION. Що Windows у цій структурі зберігає, нас не стосується - важливо, що покажчик на цю структуру ідентифікує наш семафор.

Створивши об'єкт CRITICAL_SECTION, ми можемо працювати з ним, тобто можемо позначити код, доступ до якого для одночасно виконуються задач потрібно синхронізувати.

Розглянемо такий приклад. Ми хочемо записувати і зчитувати значення з деякого глобального масиву mas. Причому запис і зчитування повинні вироблятися двома різними потоками. Цілком природно, що краще якщо ці дії не будуть виконуватися одночасно. Тому введемо обмеження на доступ до масиву.

І хоча приведений нами приклад подібного обмеження (см. лістинг 1)надзвичайно спрощений, він добре ілюструє роботу синхронізатора типу критичний розділ: поки один потік "володіє" масивом, інший доступу до нього не має.


М‘ютекси (взаємовиключення)


М’ютекс (взаємовиключення, mutex) - це об’єкт синхронізації, який установлюється в особливий сигнальний стан, коли не зайнятий яким-небудь потоком. Тільки один потік володіє цим об’єктом в любий момент часу, звідси и назва таких об‘єктів – одночасний доступ до спільного ресурсу виключається. Наприклад, щоб виключити запис двох потоків в спільний участок пам’яті в один і то й же час, кожний потік очікує, коли звільниться м’ютекс, стає його власником и тільки потім пише щось в цю ділянку пам’яті. Після всіх необхідних дій м’ютекс звільняється, надаючи іншим потокам доступ до спільного ресурсу.

Два (або більше) процесів можуть створити м‘ютекс з одним і тим же іменем, визвавши метод CreateMutex. Перший процес дійсно створює м’ютекс, а наступні процеси отримують хендл існуючого вже об‘єкта. Це дає можливість декільком процесам отримати хендл одного і того ж м’ютекса, звільняючи програміста від необхідності турбуватися про те, хто насправді створює м’ютекс. Якщо використовується такий підхід, бажано встановити флаг bInitialOwner в FALSE, інакше виникнуть певні труднощі при визначенні справжнього “творця” м’ютекса.

Декілька процесів можуть отримати хендл (handle) одного й того ж м‘ютекса, що робить можливим взаємодію між процесами. Ви можете використовувати наступні механізми такого підходу:


Случайные файлы

Файл
21495-1.rtf
160597.rtf
UPS.doc
113332.rtf
143043.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.