so_3.pdf

Systemy operacyjne

Laboratorium

Ęwiczenie 3

Synchronizacja wĢtkw

Wymiana informacji miħdzy wĢtkami

Wstħp

Proces w systemie Windows moŇe uruchomię jeden lub wiħcej wĢtkw. WĢtki mogĢ byę

wykorzystane do odczytu lub zapisu danych w tle lub przeprowadzania dþugotrwaþych obliczeı. W

aplikacjach wielowĢtkowych pojawiajĢ siħ problemy synchronizacji wĢtkw, wspþdzielenia zasobw

i wymiany informacji miħdzy pracujĢcymi wĢtkami.

WielozadaniowoĻę w Windows

W Windows zrealizowano wielozadaniowoĻę z wywþaszczeniem. KaŇdy uruchomiony wĢtek

otrzymuje szczelinħ czasowĢ procesora. Aktualnie wykonywany wĢtek jest wstrzymywany,

gdy upþynie przydzielony mu czas. PoniewaŇ kaŇda szczelina czasowa jest krtka (okoþo 20

milisekund), sprawia to wraŇenie, Ňe wĢtki wykonujĢ siħ rwnoczeĻnie.

KaŇdy proces ma okreĻlonĢ klasħ priorytetu. KaŇdy wĢtek procesu ma okreĻlony poziom priorytetu.

Klasa i poziom priorytetu sĢ þĢczone przez system, tworzĢc priorytet podstawowy wĢtku. Oprcz

priorytetu podstawowego wĢtek posiada priorytet dynamiczny. Jest to priorytet uŇywany przez

algorytm kolejkowania do okreĻlenia, ktry wĢtek powinien otrzymaę czas procesora.

System tworzy kolejki wĢtkw oczekujĢcych na czas procesora. KaŇda kolejka zawiera wĢtki o

rwnym priorytecie. Gdy wĢtek wykorzysta swojĢ szczelinħ czasowĢ system wykonuje nastħpujĢce

czynnoĻci:

- zapamiħtuje stan wĢtku,

- umieszcza wstrzymany wĢtek na koıcu kolejki, do ktrej naleŇy,

- znajduje kolejkħ o najwyŇszym priorytecie, w ktrej jest gotowy wĢtek,

- przesuwa gotowy wĢtek na czoþo kolejki i wykonuje go.

WĢtki, ktre nie sĢ gotowe to:

- wĢtki utworzone jako wstrzymane,

- wĢtki zatrzymane w trakcie wykonywania

- wĢtki zatrzymane przez funkcje blokujĢce.

W pewnych przypadkach system zwiħksza priorytet wĢtku, aby zapewnię, Ňe zostanie mu

przydzielony czas procesora:

- gdy zostanie uaktywnione okno, system zwiħksza priorytet wĢtku, ktry utworzyþ to okno, aby byþ

wiħkszy niŇ priorytet okien, ktre sĢ w tle,

- gdy okno otrzyma meldunek, np. WM_TIMER, WM_MOUSEMOVE lub inny,

- gdy wĢtek zatrzymany przez funkcjħ blokujĢcĢ zostaje wznowiony

Priorytet nie jest zwiħkszany na staþe. Za kaŇdym razem, gdy wĢtek wykorzysta swojĢ szczelinħ

czasowĢ system redukuje poziom priorytetu, aŇ osiĢgnie on poczĢtkowy poziom.

Obiekty sþuŇĢce do synchronizacji

SĢ to obiekty, ktre mogĢ byę uŇywane przez funkcje blokujĢce w celu synchronizacji wĢtkw.

Zdarzenie

informuje jeden lub wiħcej oczekujĢcych wĢtkw, Ňe wystĢpiþo okreĻlone

zdarzenie,

Mutex

tylko jeden wĢtek moŇe byę wþaĻcicielem okreĻlonego obiektu typu Mutex,

co pozwala na wzajemnie wykluczajĢcy siħ dostħp do wsplnych zasobw,

Semafor

posiada licznik przyjmujĢcy wartoĻci miħdzy 0 a ustalonĢ wartoĻciĢ

maksymalnĢ, ograniczajĢc liczbħ wĢtkw, ktre rwnoczeĻnie mogĢ

korzystaę ze wsplnych zasobw,

Sekcja krytyczna

podobnie jak Mutex pozwala na dostħp do zasobw tylko jednemu

wĢtkowi, ale musi byę uŇywana przez wĢtki jednego procesu

Wszystkie obiekty, za wyjĢtkiem sekcji krytycznej, posiadajĢ nazwy (tak jak pliki na dysku), co

pozwala takŇe na synchronizacjħ miħdzy procesami. Obiekty synchronizacji mogĢ przyjmowaę dwa

stany:

dostħpny wĢtek, ktry przekaŇe dostħpny obiekt funkcji blokujĢcej nie zostaje

wstrzymany

niedostħpny wĢtek, ktry przekaŇe niedostħpny obiekt funkcji blokujĢcej zostaje

wstrzymany, aŇ stan obiektu zostanie zmieniony na dostħpny

WĢtki, ktrych wykonanie zostaþo wstrzymane przez funkcjħ blokujĢcĢ oczekujĢ na zmianħ stanu

obiektu synchronizacji na dostħpny. Wstrzymany wĢtek wykorzystuje czas procesora w bardzo

niewielkim stopniu.

Funkcje blokujĢce

WĢtek, ktry chce uzyskaę dostħp do wsplnego zasobu lub zaczekaę na inny wĢtek przekazuje obiekt

synchronizacji funkcji blokujĢcej. JeŇeli obiekt jest dostħpny, wĢtek kontynuuje dziaþanie, w

przeciwnym przypadku zostaje wstrzymany. SĢ dwa typy funkcji blokujĢcych: funkcje oczekujĢce na

zmianħ stanu pojedynczego obiektu synchronizacji i funkcje oczekujĢce na zmianħ stanu kilku

obiektw synchronizacji. Nie wolno uŇywaę funkcji blokujĢcych w wĢtku, ktry utworzyþ okno

gþwne aplikacji. Aplikacja, ktrej gþwny wĢtek zostaþ wstrzymany, nie odpowiada na meldunki

wysyþane przez system. W skrajnym przypadku doprowadza to do zawieszenia Windows 95.

Komunikacja miħdzy wĢtkami

WĢtki moŇna podzielię na dwa typy: wĢtki robocze, ktre nie tworzĢ okna i wĢtki ktre utworzyþy

okno, sþuŇĢce do wizualnej komunikacji z uŇytkownikiem. Wszystkie wĢtki jednego procesu

wspþdzielĢ przestrzeı adresowĢ i majĢ dostħp do zmiennych globalnych procesu. WĢtki mogĢ wiħc

przekazywaę miħdzy sobĢ dane za pomocĢ zmiennych globalnych lub wskaŅnikw. Dodatkowo, wĢtki

ktre posiadajĢ okno mogĢ otrzymywaę prywatne meldunki.

Klasy i funkcje wykorzystane w ęwiczeniu

Klasa CEvent

Klasa ta opisuje obiekt synchronizacji typu zdarzenie.

CEvent(BOOL StanPocz,BOOL ResetMan,char * Nazwa,SECURITY_ATTRIBUTES *Dostep);

Konstruktor, tworzy nowy obiekt. Wszystkie parametry sĢ opcjonalne.

Parametr

opis

StanPocz

JeŇeli TRUE , pierwszy wĢtek, ktry uŇyje tego obiektu w celu synchronizacji nie

zostanie wstrzymany. DomyĻlnie FALSE .

ResetMan

JeŇeli TRUE , obiekt jest zdarzeniem manualnym, w przeciwnym przypadku jest

zdarzeniem automatycznym. DomyĻlnie FALSE . Zdarzenie manualne pozostaje w stanie

okreĻlonym przez wywoþanie funkcji SetEvent lub c . Zdarzenie automatyczne

powraca do stanu niedostħpny, gdy ostatni wĢtek, ktry byþ na nim zatrzymany,

zostanie wznowiony. DomyĻlnie FALSE .

Nazwa

Nazwa obiektu dla systemu Windows. W przypadku synchronizacji wĢtkw nie trzeba

podawaę nazwy (taka jest domyĻlna wartoĻę).

Prawa dostħpu do zdarzenia. W Windows 9x ignorowane.

Dostep

SetEvent();

Funkcja zmienia stan obiektu na dostħpny. JeŇeli zdarzenie jest manualne, wywoþanie funkcji wznowi

wszystkie wĢtki wstrzymane przez ten obiekt. Zdarzenie automatyczne wznowi tylko jeden wĢtek,

system nastħpnie zmieni stan zdarzenia na niedostħpny. JeŇeli Ňaden wĢtek nie jest wstrzymany,

zdarzenie pozostaje w stanie dostħpny.

PulseEvent();

Funkcja zmienia stan obiektu na dostħpny, zwalnia czekajĢce wĢtki, a nastħpnie ustawia stan zdarzenia

na niedostħpny. JeŇeli zdarzenie jest manualne, wywoþanie funkcji wznowi wszystkie wĢtki

wstrzymane przez ten obiekt. Zdarzenie automatyczne wznowi tylko jeden wĢtek, system nastħpnie

zmieni stan zdarzenia na niedostħpny.

ResetEvent( );

Funkcja zmienia stan obiektu na niedostħpny. WĢtki uŇywajĢce zdarzenia do synchronizacji zostanĢ

wstrzymane. Funkcji nie uŇywa siħ z zdarzeniach automatycznych.

Klasa CCriticalSection

Klasa ta opisuje obiekt synchronizacji typu sekcja krytyczna. Konstruktor klasy nie przyjmuje Ňadnych

parametrw.

Lock();

Funkcja zajmuje obiekt synchronizacji. JeŇeli obiekt jest dostħpny funkcja wraca natychmiast i wĢtek

kontynuuje dziaþanie, jeŇeli obiekt jest niedostħpny funkcja wstrzymuje wĢtek, ktry jĢ wywoþaþ.

Unlock();

Zwalnia obiekt i uruchamia kolejny wĢtek wstrzymany funkcjĢ Lock .

Klasa CSingleLock

Klasa opisuje funkcjħ blokujĢcĢ oczekujĢcĢ na zmianħ stanu pojedynczego obiektu synchronizacji.

CSingleLock( CSyncObject* pObiekt, BOOL ZajmijObiekt );

Konstruktor, tworzy nowy obiekt. Parametr ZajmijObiekt jest opcjonalny.

Parametr

opis

WskaŅnik do obiektu synchronizacji.

pObiekt

ZajmijObiekt

JeŇeli TRUE , konstruktor przejmie obiekt synchronizacji wskazany przez pierwszy

parametr (tzn. wywoþa funkcjħ Lock ). DomyĻlnie FALSE .

Lock(DWORD TimeOut);

JeŇeli obiekt synchronizacji zwiĢzany z funkcjĢ blokujĢcĢ jest dostħpny funkcja wraca natychmiast i

wĢtek kontynuuje dziaþanie, jeŇeli obiekt jest niedostħpny funkcja wstrzymuje wĢtek na podany czas

(domyĻlnie jest to nieskoıczonoĻę). JeŇeli po upþywie podanego czasu obiekt synchronizacji nie

bħdzie dostħpny, funkcja zwrci wartoĻę 0.

Unlock();

Zwalnia obiekt synchronizacji zwiĢzany z funkcjĢ blokujĢcĢ i uruchamia kolejny wĢtek wstrzymany

funkcjĢ Lock .

Klasa CWnd

Klasa opisuje okno widoczne na ekranie. W ęwiczeniu mogĢ byę potrzebne funkcje wymienione niŇej.

PostMessage( UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

Wysyþa meldunek do okna. Funkcja umieszcza meldunek w kolejce meldunkw i nie czeka na jego

obsþugħ przez okno.

Parametr

opis

message

Liczba naturalna, kod meldunku

Dowolna liczba caþkowita, domyĻlnie 0

wParam

lParam

Dowolna liczba caþkowita, domyĻlnie 0

UINT SetTimer(UINT ID, UINT Czas, void (CALLBACK EXPORT* lpfnTimer)(HWND, UINT,

UINT, DWORD) );

Funkcja uruchamia czasomierz.

Parametr

opis

Identyfikator czasomierza, niezerowa liczba naturalna

Czas

Czas w milisekundach odmierzany przez czasomierz

Adres funkcji, ktra bħdzie wywoþywana, gdy upþynie czas okreĻlony przez drugi

parametr. JeŇeli ten parametr ma wartoĻę 0, okno otrzymuje meldunek WM_TIMER

co okreĻlony czas.

lpfnTimer

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: