1.内核对象
操作系统创建的资源有很多种,如进程、线程、文件及信号量、互斥量等。其中大部分都是通过程序员的请求创建的,而且请求方式(请求中使用的函数)各不相同。虽然存在一些差异,但他们之间也有共同点:都是由操作系统创建并管理的资源。
不同资源类型在“管理”方式上也有差异。例如:文件管理中应注册并更新文件相关的数据I/O位置、文件的打开模式等。如果是线程,则应注册并维护线程ID、线程所属进程等信息。操作系统为了以记录相关信息的方式管理各种资源,在其内部生成数据块(可视为结构体变量)。每种资源需要维护的信息不同,所以每种资源拥有的数据块格式也有差异。这类数据块称为“内核对象”。
注意:内核对象的所有者是内核(操作系统),其含义为:内核对象的创建、管理、销毁时机的决定等工作均由操作系统完成。
2.基于Windows的线程创建
windows创建线程的API原型如下:
#include <windows.h>
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // pointer to security attributes
DWORD dwStackSize, // initial thread stack size
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, // pointer to thread function
LPVOID lpParameter, // argument for new thread
DWORD dwCreationFlags, // creation flags
LPDWORD lpThreadId // pointer to receive thread ID
);
参数看起来有些复杂,但只需考虑lpStartAddress和lpParameter这两个参数,剩下的传递0或NULL即可。
windows线程的销毁时间点:
windows线程在首次调用的线程main返回时销毁。还有其它方法可以终止线程,但最好的办法就是让main函数终止(返回)。
如果线程要调用C/C++标准函数,需要通过如下方法创建线程。因为通过CreateThread函数调用创建出的线程在使用C/C++标准函数时并不稳定。
#include <process.h>
uintptr_t _beginthreadex(
void * security, //线程安全相关信息,使用默认设置时传递NULL
unsigned stack_size, //要分配给线程的栈大小,传递0时生成默认大小的栈
unsigned (* start_address)(void *), //传递线程的main函数信息
void * arglist, //调用main时传递的参数信息
unsigned initflag, //用于指定线程创建后的行为,传递0时,线程创建后立即进入可执行状态
unsigned * thrdaddr //用于保存线程ID的变量地址值
);
//成功返回线程句柄,失败返回0
这个函数和CreateThread相比,参数个数以及参数的含义和顺序均相同,只是变量名和参数类型有所不同。用上面的函数替换CreateThread时,只需适当更改数据类型。
_beginthread函数:
这个函数比_beginthreadex更好用,但该函数的问题在于,它会让创建线程时返回的句柄失效,以防止访问内核对象。_beginthreadex就是为了解决这一问题而定义的函数。
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>
unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg);
int main(int argc, char *argv[])
{
HANDLE hThread; //线程句柄
unsigned threadID; //线程ID
int param = 5;
hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, (void*)param, 0, &threadID);
if(0 == hThread)
{
std::cout << "_beginthreadex() error" << std::endl;
return -1;
}
Sleep(3000);
std::cout << "end of main" << std::endl;
return 0;
}
unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg)
{
int cnt = *((int*)arg);
for(int i = 0; i < cnt; i++)
{
Sleep(1000);
std::cout << "running thread" << std::endl;
}
return 0;
}
句柄、内核对象和ID间的关系:
线程也属于操作系统管理的资源,因此会伴随内核对象的创建,并为了引用内核对象而返回句柄。
可以通过句柄区分内核对象,通过内核对象区分线程。最终,线程句柄成为区分线程的工具。通过_beginthreadex函数的最后一个参数可以获取线程ID。句柄和ID有如下显著特点:
句柄的整数值在不同进程中可能出现重复,但线程ID在跨进范围内不会重复。
线程ID用于区分操作系统创建的所有线程,但通常没有这种需求。
内核对象的2种状态:
资源类型不同,内核对象也含有不同信息。其中,应用程序实现过程中需要特别关注的信息被赋予某种“状态”。例如:线程内核对象中需要重点关注线程是否已终止,所以终止状态又称为“signaled状态”,未终止状态被称为“non-signaled状态”。
内核对象的状态及状态查看:
进程和线程的内核对象初始状态是non-signaled状态。内核对象带有一个boolean变量,其初始值为FALSE,此时的状态就是non-signaled状态。如果发生了事件,把该变量变为TRUE,此时的状态就是signaled状态。内核对象类型不同,进入signaled的状态也有所区别。
系统还定义了WaitForSingleObject和WaitForMultipleObjects两个函数。
首先介绍WaitForSingleObject函数,该函数针对单个内核对象验证signaled状态。
DWORD WaitForSingleObject(
HANDLE hHandle, //handle to object to wait for
DWORD dwMilliseconds //time-out interval in milliseconds
);
//返回值:进入signaled状态返回WAIT_OBJECT_0,超时返回WAIT_TIMEOUT
该函数由于发生事件(变为signaled状态)返回时,有时会把相应内核对象再次更改为non-signaled状态。这种可以再次进入non-signaled状态的内核对象称为“auto-reset模式”的内核对象,而不会自动跳转到non-signaled状态的内核对象称为“manual-reset模式”。下面的函数与上述函数不同,可以验证多个内核对象状态。
DWORD WaitForMultipleObjects(
DWORD nCount, // number of handles in the handle array
CONST HANDLE *lpHandles, // pointer to the object-handle array
BOOL fWaitAll, // wait flag
DWORD dwMilliseconds // time-out interval in milliseconds
);
修改后的程序:
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>
unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg);
int main(int argc, char *argv[])
{
HANDLE hThread; //线程句柄
DWORD wr;
unsigned threadID; //线程ID
int param = 5;
hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, (void*)param, 0, &threadID);
if (0 == hThread)
{
std::cout << "_beginthreadex() error" << std::endl;
return -1;
}
//传递INFINITE时函数不会返回,直到内核对象变成signaled状态
if ((wr = WaitForSingleObject(hThread, INFINITE)) == WAIT_FAILED)
{
std::cout << "thread wait error" << std::endl;
return -1;
}
std::cout << "wait result:" << ((wr == WAIT_OBJECT_0) ? "signed" : "time-out");
std::cout << std::endl;
std::cout << "end of main" << std::endl;
return 0;
}
unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg)
{
int cnt = *((int*)arg);
for (int i = 0; i < cnt; i++)
{
Sleep(1000);
std::cout << cnt << "running thread" << std::endl;
}
return 0;
}