讲完了前面关于多线程的基础知识后,说一下我最近关于移植的一些体会。
         将win32程序关于多线程的内容移植到Linux下面,不能简单的按照函数对应来移植。不过通过下面的对应关系,再加上你对这些模式的深入了解,相信会移植的很成功。
        
Windows 信号量是一些计数器变量,允许有限个线程/进程访问共享资源。Linux POSIX 信号量也是一些计数器变量,可以用来在 Linux 上实现 Windows 上的信号量功能。
  • 信号量的类型: Windows 提供了有名(named)信号量和无名(unnamed)信号量。有名信号量可以在进程之间进行同步。在 Linux 上,在相同进程的不同线程之间,则只使用 POSIX 信号量。在进程之间,可以使用 System V 信号量。
  • 等待函数中的超时: 当在一个等待函数中使用时,可以为 Windows 信号量对象指定超时值。在 Linux 中,并没有提供这种功能,只能通过应用程序逻辑处理超时的问题。
在 Windows 中,可以使用 CreateSemaphore() 创建或打开一个有名或无名的信号量。
HANDLE CreateSemaphore(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
  LONG lInitialCount,
  LONG lMaximumCount,
  LPCTSTR lpName
);
在这段代码中:
  • lpSemaphoreAttributes 是一个指向安全性属性的指针。如果这个指针为空,那么这个信号量就不能被继承。
  • lInitialCount 是该信号量的初始值。
  • lMaximumCount 是该信号量的最大值,该值必须大于 0。
  • lpName 是信号量的名称。如果该值为 NULL,那么这个信号量就只能在相同进程的不同线程之间共享。否则,就可以在不同的进程之间进行共享。
这个函数创建信号量,并返回这个信号量的句柄。它还将初始值设置为调用中指定的值。这样就可以允许有限个线程来访问某个共享资源。
在 Linux 中,可以使用 sem_init() 来创建一个无名的 POSIX 信号量,这个调用可以在相同进程的线程之间使用。它还会对信号量计数器进行初始化:int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)。在这段代码中:
  • value(信号量计数器)是这个信号量的初始值。
  • pshared 可以忽略,因为在目前的实现中,POSIX 信号量还不能在进程之间进行共享。
这里要注意的是,最大值基于 demaphore.h 头文件中定义的 SEM_VALUE_MAX。
在 Linux 中,semget() 用于创建 System V 信号量,它可以在不同集成的线程之间使用。可以用它来实现与 Windows 中有名信号量相同的功能。这个函数返回一个信号量集标识符,它与一个参数的键值关联在一起。当创建一个新信号量集时,对于与 semid_ds 数据结构关联在一起的信号量,semget() 要负责将它们进行初始化,方法如下:
  • sem_perm.cuidsem_perm.uid 被设置为调用进程的有效用户 ID。
  • sem_perm.cgidsem_perm.gid 被设置为调用进程的有效组 ID。
  • sem_perm.mode 的低 9 位被设置为 semflg 的低 9 位。
  • sem_nsems 被设置为 nsems 的值。
  • sem_otime 被设置为 0。
  • sem_ctime 被设置为当前时间。
用来创建 System V 信号量使用的代码是:int semget(key_t key, int nsems, int semflg)。下面是对这段代码的一些解释:
  • key 是一个惟一的标识符,不同的进程使用它来标识这个信号量集。我们可以使用 ftok() 生成一个惟一的键值。IPC_PRIVATE 是一个特殊的 key_t 值;当使用 IPC_PRIVATE 作为 key 时,这个系统调用就会只使用 semflg 的低 9 位,但却忽略其他内容,从而新创建一个信号量集(在成功时)。
  • nsems 是这个信号量集中信号量的数量。
  • semflg 是这个新信号量集的权限。要新创建一个信号量集,您可以将使用 IPC_CREAT 来设置位操作或访问权限。如果具有该 key 值的信号量集已经存在,那么 IPC_CREAT/IPC_EXCL 标记就会失败。
注意,在 System V 信号量中,key 被用来惟一标识信号量;在 Windows 中,信号量是使用一个名称来标识的。
为了对信号量集数据结构进行初始化,可以使用 IPC_SET 命令来调用 semctl() 系统调用。将 arg.buf 所指向的 semid_ds 数据结构的某些成员的值写入信号量集数据结构中,同时更新这个结构的 sem_ctime member 的值。用户提供的这个 arg.buf 所指向的 semid_ds 结构如下所示:
  • sem_perm.uid
  • sem_perm.gid
  • sem_perm.mode (只有最低 9 位有效)
调用进程的有效用户 ID 应该是超级用户,或者至少应该与这个信号量集的创建者或所有者匹配: int semctl(int semid, int semnum, int cmd = IPC_SET, ...)。在这段代码中:
  • semid 是信号量集的标识符。
  • semnum 是信号量子集偏移量(从 0 到 nsems -1,其中 n 是这个信号量集中子集的个数)。这个命令会被忽略。
  • cmd 是命令;它使用 IPC_SET 来设置信号量的值。
  • args 是这个信号量集数据结构中要通过 IPC_SET 来更新的值(在这个例子中会有解释)。
最大计数器的值是根据在头文件中定义的 SEMVMX 来决定的。
 
在 Windows 中,我们使用 OpenSemaphore() 来打开某个指定信号量。只有在两个进程之间共享信号量时,才需要使用信号量。在成功打开信号量之后,这个函数就会返回这个信号量的句柄,这样就可以在后续的调用中使用它了。
HANDLE OpenSemaphore(
  DWORD dwDesiredAccess,
  BOOL bInheritHandle,
  LPCTSTR lpName
)
在这段代码中:
  • dwDesiredAccess 是针对该信号量对象所请求的访问权。
  • bInheritHandle 是用来控制这个信号量句柄是否可继承的标记。如果该值为 TRUE,那么这个句柄可以被继承。
  • lpName 是这个信号量的名称。
在 Linux 中,可以调用相同的 semget() 来打开某个信号量,不过此时 semflg 的值为 0:int semget(key,nsems,0)。在这段代码中:
  • key 应该指向想要打开的信号量集的 key 值。
  • 为了打开一个已经存在的信号量,可以将 nsems 和标记设置为 0。semflg 值是在返回信号量集标识符之前对访问权限进行验证时设置的。
在 Windows 中,等待函数提供了获取同步对象的机制。可以使用的等待函数有多种类型;在这一节中,我们只考虑 WaitForSingleObject()(其他类型将会分别进行讨论)。这个函数使用一个信号量对象的句柄作为参数,并会一直等待下去,直到其状态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,以毫秒为单位。如果该值是 INFINITE,那么它阻塞调用线程/进程的时间就是不确定的。
在 Linux 中,sem_wait() 用来获取对信号量的访问。这个函数会挂起调用线程,直到这个信号量有一个非空计数为止。然后,它可以原子地减少这个信号量计数器的值:int sem_wait(sem_t * sem)
在 POSIX 信号量中并没有超时操作。这可以通过在一个循环中执行一个非阻塞的 sem_trywait() 实现,该函数会对超时值进行计算:int sem_trywait(sem_t * sem)
在使用 System V 信号量时,如果通过使用 IPC_SET 命令的 semctl() 调用设置初始的值,那么必须要使用 semop() 来获取信号量。semop() 执行操作集中指定的操作,并阻塞调用线程/进程,直到信号量值为 0 或更大为止:int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)
函数 semop() 原子地执行在 sops 中所包含的操作 —— 也就是说,只有在这些操作可以同时成功执行时,这些操作才会被同时执行。sops 所指向的数组中的每个 nsops 元素都使用 struct sembuf 指定了一个要对信号量执行的操作,这个结构包括以下成员:
  • unsigned short sem_num; (信号量个数)
  • short sem_op; (信号量操作)
  • short sem_flg; (操作标记)
要获取信号量,可以通过将 sem_op 设置为 -1 来调用 semop();在使用完信号量之后,可以通过将 sem_op 设置为 1 来调用 semop() 释放信号量。通过将 sem_op 设置为 -1 来调用 semop(),信号量计数器将会减小 1,如果该值小于 0(信号量的值是不能小于 0 的),那么这个信号量就不能再减小,而是会让调用线程/进程阻塞,直到其状态变为有信号状态为止。
sem_flg 中可以识别的标记是 IPC_NOWAITSEM_UNDO。如果某一个操作被设置了 SEM_UNDO 标记,那么在进程结束时,该操作将被取消。如果 sem_op 被设置为 0,那么 semop() 就会等待 semval 变成 0。这是一个“等待为 0” 的操作,可以用它来获取信号量。
记住,超时操作在 System V 信号量中并不适用。这可以在一个循环中使用非阻塞的 semop()(通过将 sem_flg 设置为 IPC_NOWAIT)实现,这会计算超时的值。
在 Windows 中,ReleaseSemaphore() 用来释放信号量。
BOOL ReleaseSemaphore(
  HANDLE hSemaphore,
  LONG lReleaseCount,
  LPLONG lpPreviousCount
);
在这段代码中:
  • hSemaphore 是一个指向信号量句柄的指针。
  • lReleaseCount 是信号量计数器,可以通过指定的数量来增加计数。
  • lpPreviousCount 是指向上一个信号量计数器返回时的变量的指针。如果并没有请求上一个信号量计数器的值,那么这个参数可以是 NULL。
这个函数会将信号量计数器的值增加在 lReleaseCount 中指定的值上,然后将这个信号量的状态设置为有信号状态。
在 Linux 中,我们使用 sem_post() 来释放信号量。这会唤醒对这个信号量进行阻塞的所有线程。信号量的计数器同时被增加 1。要为这个信号量的计数器添加指定的值(就像是 Windows 上一样),可以使用一个互斥变量多次调用以下函数:int sem_post(sem_t * sem)
对于 System V 信号量来说,只能使用 semop() 来释放信号量:int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)
函数 semop() 原子地执行 sops 中包含的一组操作(只在所有操作都可以同时成功执行时,才会将所有的操作同时一次执行完)。sops 所指向的数组中的每个 nsops 元素都使用一个 struct sembuf 结构指定了一个要对这个信号量执行的操作,该结构包含以下元素:
  • unsigned short sem_num;(信号量个数)
  • short sem_op; (信号量操作)
  • short sem_flg; (操作标记)
要释放信号量,可以通过将 sem_op 设置为 1 来调用 semop()。通过将 semop() 设置为 1 来调用 semop(),这个信号量的计数器会增加 1,同时用信号通知这个信号量。
 
在 Windows 中,我们使用 CloseHandle() 来关闭或销毁信号量对象。
BOOL CloseHandle(
  HANDLE hObject
);
hObject 是指向这个同步对象句柄的指针。
在 Linux 中,sem_destroy() 负责销毁信号量对象,并释放它所持有的资源: int sem_destroy(sem_t *sem)。对于 System V 信号量来说,只能使用 semctl() 函数的 IPC_RMID 命令来关闭信号量集:int semctl(int semid, int semnum, int cmd = IPC_RMID, ...)
这个命令将立即删除信号量集及其数据结构,并唤醒所有正在等待的进程(如果发生错误,则返回,并将 errno 设置为 EIDRM)。调用进程的有效用户 ID 必须是超级用户,或者可以与该信号量集的创建者或所有者匹配的用户。参数 semnum 会被忽略。