信号和事件--事件篇

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。