事件
在 Windows 中,事件对象是那些需要使用 SetEvent()
函数显式地将其状态设置为有信号状态的同步对象。事件对象来源有两种类型:
- 在 手工重置事件(manual reset event) 中,对象的状态会一直维持为有信号状态,直到使用
ResetEvent()
函数显式地重新设置它为止。
- 在 自动重置事件(auto reset event) 中,对象的状态会一直维持为有信号状态,直到单个正在等待的线程被释放为止。当正在等待的线程被释放时,其状态就被设置为无信号的状态。
事件对象有两种状态,有信号(signaled)状态 和 无信号(non-signaled)状态。对事件对象调用的等待函数会阻塞调用线程,直到其状态被设置为有信号状态为止。
在进行平台的迁移时,需要考虑以下问题:
- Windows 提供了 有名(named) 和 无名(un-named) 的事件对象。有名事件对象用来在进程之间进行同步,而在 Linux 中, pthreads 和 POSIX 都提供了线程间的同步功能。为了在 Linux 实现与 Windows 中有名事件对象相同的功能,可以使用 System V 信号量或信号。
- Windows 提供了两种类型的事件对象 —— 手工重置对象和自动重置对象。Linux 只提供了自动重置事件的特性。
- 在 Windows 中,事件对象的初始状态被设置为有信号状态。在 Linux 中,pthreads 并没有提供初始状态,而 POSIX 信号量则提供了一个初始状态。
- Windows 事件对象是异步的。在 Linux 中,POSIX 信号量和 System V 信号量也都是异步的,不过 pthreads 条件变量不是异步的。
- 当在一个等待函数中使用事件对象时,可以指定 Windows 的事件对象的超时时间值。在 Linux 中,只有 pthreads 在等待函数中提供了超时的特性。
还有几点非常重要,需要说明一下:
- 尽管 POSIX 信号量是计数器信号量,但是当这个计数器被设置为 1 时,它们可以提供与 Windows 事件对象相似的功能。它们并不能在等待函数中提供超时时间。如果在进行移植时,超时并不是一个影响因素,那么建议您使用 POSIX 信号量。
- 当与互斥一起使用时,pthreads 条件变量可以在线程之间提供基于事件的同步机制,不过这是同步的。根据应用程序的逻辑,这可以将此作为移植过程中在 Linux 上实现这种功能的一个选择。
表 3. 事件对象映射
Windows |
Linux 线程 |
Linux 进程 |
类别 |
CreateEvent OpenEvent |
pthread_cond_init sem_init |
semget semctl |
与上下文相关 |
SetEvent |
pthread_cond_signal sem_post |
semop |
与上下文相关 |
ResetEvent |
N/A |
N/A |
与上下文相关 |
WaitForSingleObject |
pthread_cond_wait pthread_cond_timedwait sem_wait sem_trywait |
semop |
与上下文相关 |
CloseHandle |
pthread_cond_destroy sem_destroy |
semctl |
与上下文相关 |
创建/打开事件对象
在 Windows 中,我们使用 CreateEvent()
来创建事件对象。
HANDLE CreateEvent(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
BOOL bManualReset,
BOOL bInitialState,
LPCTSTR lpName
)
|
在这段代码中:
lpEventAttributes
是一个指针,它指向一个决定这个句柄是否能够被继承的属性。如果这个指针为 NULL,那么这个对象就不能被初始化。
bManualReset
是一个标记,如果该值为 TRUE,就会创建一个手工重置的事件,应该显式地调用 ResetEvent()
,将事件对象的状态设置为无信号状态。
bInitialState
是这个事件对象的初始状态。如果该值为 true,那么这个事件对象的初始状态就被设置为有信号状态。
lpName
是指向这个事件对象名的指针。对于无名的事件对象来说,该值是 NULL。
这个函数创建一个手工重置或自动重置的事件对象,同时还要设置改对象的初始状态。这个函数返回事件对象的句柄,这样就可以在后续的调用中使用这个事件对象了。
OpenEvent()
用来打开一个现有的有名事件对象。这个函数返回该事件对象的句柄。
HANDLE OpenEvent(
DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR lpName
)
|
在这段代码中:
dwDesiredAccess
是针对这个事件对象所请求的访问权。
bInheritHandle
是用来控制这个事件对象句柄是否可继承的标记。如果该值为 TRUE,那么这个句柄就可以被继承;否则就不能被继承。
lpName
是一个指向事件对象名的指针。
在 Linux 中,可以调用 sem_init()
来创建一个 POSIX 信号量:int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
(其中 value
(即信号量计数值)被设置为这个信号量的初始状态)。
Linux pthreads 使用 pthread_cond_init()
来创建一个条件变量:int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
。
可以使用 PTHREAD_COND_INITIALIZER
常量静态地对 pthread_cond_t
类型的条件变量进行初始化,也可以使用 pthread_condattr_init()
对其进行初始化,这个函数会对与这个条件变量关联在一起的属性进行初始化。可以调用 pthread_condattr_destroy()
用来销毁属性:
int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr)
int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr)
|
等待某个事件
在 Windows 中,等待函数提供了获取同步对象的机制。我们可以使用不同类型的等待函数(此处我们只考虑 WaitForSingleObject()
)。这个函数会使用一个互斥对象的句柄,并一直等待,直到它变为有信号状态或超时为止。
DWORD WaitForSingleObject(
HANDLE hHandle,
DWORD dwMilliseconds
);
|
在这段代码中:
hHandle
是指向互斥句柄的指针。
dwMilliseconds
是超时时间的值,单位是毫秒。如果该值为 INFINITE
,那么它阻塞调用线程/进程的时间就是不确定的。
Linux POSIX 信号量使用 sem_wait()
来挂起调用线程,直到信号量的计数器变成非零的值为止。然后它会自动减小信号量计数器的值:int sem_wait(sem_t * sem)
。
在 POSIX 信号量中并没有提供超时操作。这可以通过在一个循环中执行非阻塞的 sem_trywait()
来实现,该函数会对超时时间进行计数:int sem_trywait(sem_t * sem)
.
Linux pthreads 使用 pthread_cond_wait()
来阻塞调用线程,其时间是不确定的:int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
。在另外一方面,如果调用线程需要被阻塞一段确定的时间,那么就可以使用 pthread_cond_timedwait()
来阻塞这个线程。如果在这段指定的时间内条件变量并没有出现,那么 pthread_cond_timedwait()
就会返回一个错误:int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex,const struct timespec *abstime)
。在这里,abstime
参数指定了一个绝对时间(具体来说,就是从 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒到现在所经过的时间。)
改变事件对象的状态
函数 SetEvent()
用来将事件对象的状态设置为有信号状态。对一个已经设置为有信号状态的事件对象再次执行该函数是无效的。
BOOL SetEvent(
HANDLE hEvent
)
|
Linux POSIX 信号量使用 sem_post()
来发出一个事件信号量。这会唤醒在该信号量上阻塞的所有线程:int sem_post(sem_t * sem)
。
调用 pthread_cond_signal()
被用在 LinuxThreads 中,以唤醒在某个条件变量上等待的一个线程,而 pthread_cond_broadcast()
用来唤醒在某个条件变量上等待的所有线程。
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)
|
注意,条件函数并不是异步信号安全的,因此不能在信号处理函数中调用。具体地说,在信号处理函数中调用 pthread_cond_signal()
或 pthread_cond_broadcast()
可能会导致调用线程的死锁。
重置事件的状态
在 Windows 中,ResetEvent()
用来将事件对象的状态重新设置为无信号状态。
BOOL ResetEvent(
HANDLE hEvent
);
|
在 Linux 中,条件变量和 POSIX 信号量都是自动重置类型的。
关闭/销毁事件对象
在 Windows 中,CloseHandle()
用来关闭或销毁事件对象。
BOOL CloseHandle(
HANDLE hObject
);
|
在这段代码中,hObject
是指向同步对象句柄的指针。
在 Linux 中, sem_destroy()/ pthread_cond_destroy()
用来销毁信号量对象或条件变量,并释放它们所持有的资源:
int sem_destroy(sem_t *sem)
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
|
有名事件对象
在 Linux 中,进程之间有名事件对象所实现的功能可以使用 System V 信号量实现。System V 信号量是计数器变量,因此可以实现 Windows 中事件对象的功能,信号量的计数器的初始值可以使用 semctl()
设置为 0。
要将某个事件的状态修改为有信号状态,可以使用 semop()
,并将 sem_op
的值设置为 1。要等待某个事件,则可以使用semop()
函数,并将 sem_op
的值设置为 -1,这样就可以阻塞调用进程,直到它变为有信号状态为止。
可以通过使用 semctl()
将信号量计数器的初始值设置为 0 来获得信号量。在使用完共享资源之后,可以使用 semop()
将信号量计数设置为 1。关于每个 System V 信号量的原型,请参阅本文中有关信号量一节的内容。
例子
下面几个例子可以帮助您理解我们在这一节中所讨论的内容。
清单 4. Windows 无名事件对象的代码
// Main thread
HANDLE hEvent; // Global Variable
// Thread 1
DWORD dwRetCode;
// Create Event
hEvent = CreateEvent(
NULL, // no security attributes
FALSE, // Auto reset event
FALSE, // initially set to non signaled state
NULL); // un named event
// Wait for the event be signaled
dwRetCode = WaitForSingleObject(
hEvent, // Mutex handle
INFINITE); // Infinite wait
switch(dwRetCode) {
case WAIT_OBJECT_O :
// Event is signaled
// go ahead and proceed the work
default :
// Probe for error
}
// Completed the job,
// now close the event handle
CloseHandle(hEvent);
// Thread 2
// Condition met for the event hEvent
// now set the event
SetEvent(
hEvent); // Event Handle
|
清单 5. Linux 使用 POSIX 信号量的等效代码
// Main thread
sem_t sem ; // Global Variable
// Thread 1
int retCode ;
// Initialize event semaphore
retCode = sem_init(
sem, // handle to the event semaphore
0, // not shared
0); // initially set to non signaled state
// Wait for the event be signaled
retCode = sem_wait(
&sem); // event semaphore handle
// Indefinite wait
// Event Signaled
// a head and proceed the work
// Completed the job,
// now destroy the event semaphore
retCode = sem_destroy(
&sem); // Event semaphore handle
// Thread 2
// Condition met
// now signal the event semaphore
sem_post(
&sem); // Event semaphore Handle
|
清单 6. Linux 中使用条件变量的等效代码
// Main thread
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t condvar = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
// Thread 1
...
pthread_mutex_lock(&mutex);
// signal one thread to wake up
pthread_cond_signal(&condvar);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// this signal is lost as no one is waiting
// Thread 1 now tries to take the mutex lock
// to send the signal but gets blocked
...
pthread_mutex_lock(&mutex);
// Thread 1 now gets the lock and can
// signal thread 2 to wake up
pthread_cond_signal(&condvar);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// Thread 2
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&condvar, &mutex);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// Thread 2 blocks indefinitely
// One way of avoiding losing the signal is as follows
// In Thread 2 - Lock the mutex early to avoid losing signal
pthread_mutex_lock (&mutex);
// Do work
.......
// This work may lead other threads to send signal to thread 2
// Thread 2 waits for indefinitely for the signal to be posted
pthread_cond_wait (&condvar, &Mutex );
// Thread 2 unblocks upon receipt of signal
pthread_mutex_unlock (&mutex);
|
清单 7. Windows 中使用有名事件的例子
// Process 1
DWORD dwRetCode;
HANDLE hEvent; // Local variable
// Create Event
hEvent = CreateEvent(
NULL, // no security attributes
FALSE, // Auto reset event
FALSE, // initially set to non signaled state
"myEvent"); // un named event
// Wait for the event be signaled
dwRetCode = WaitForSingleObject(
hEvent, // Mutex handle
INFINITE); // Infinite wait
switch(dwRetCode) {
case WAIT_OBJECT_O :
// Event is signaled
// go ahead and proceed the work
default :
// Probe for error
}
// Completed the job,
// now close the event handle
CloseHandle(hEvent);
// Process 2
HANDLE hEvent; // Local variable
// Open the Event
hEvent = CreateEvent(
NULL, // no security attributes
FALSE, // do not inherit handle
"myEvent"); // un named event
// Condition met for the event hEvent
// now set the event
SetEvent(
hEvent); // Event Handle
// completed the job, now close the event handle
CloseHandle(hEvent);
|
清单 8. Linux 中使用 System V 信号量的等效代码
// Process 1
int main()
{
//Definition of variables
key_t key;
int semid;
int Ret;
int timeout = 0;
struct sembuf operation[1] ;
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
USHORT *array;
} semctl_arg,ignored_argument;
key = ftok(); /Generate a unique key, U can also supply a value instead
semid = semget(key, // a unique identifier to identify semaphore set
1, // number of semaphore in the semaphore set
0666 | IPC_CREAT // permissions (rwxrwxrwx) on the new
// semaphore set and creation flag
);
if(semid < 0)
{
printf("Create semaphore set failed ");
Exit(1);
}
//Set Initial value for the resource - initially not owned
semctl_arg.val = 0; //Setting semval to 0
semctl(semid, 0, SETVAL, semctl_arg);
// wait on the semaphore
// blocked until it is signaled
operation[0].sem_op = -1;
operation[0].sem_num = 0;
operation[0].sem_flg = IPC_WAIT;
ret = semop(semid, operation,1);
// access the shared resource
...
...
//Close semaphore
iRc = semctl(semid, 1, IPC_RMID , ignored_argument);
}
// Process 2
int main()
{
key_t key = KEY; //Process 2 shd know key value in order to open the
// existing semaphore set
struct sembuf operation[1] ;
//Open semaphore
semid = semget(key, 1, 0);
// signal the semaphore by incrementing the semaphore count
operation[0].sem_op = 1;
operation[0].sem_num = 0;
operation[0].sem_flg = SEM_UNDO;
semop(semid, operation,0);
}
|
本系列下一篇文章的内容
本文是这一系列的第 2 部分,这篇文章从信号量和事件入手,介绍了有关同步对象和原语的内容。第 3 部分的内容将涉及互斥、临界区和等待函数。