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多線程與串行通信

1 多任務(wù)、進(jìn)程和線程  
    Windows是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)的Windows 3.x只能依靠應(yīng)用程序之間的協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同式多任務(wù)，而Windows 95/NT實(shí)行的是搶先式多任務(wù)。

在Win 32(95/NT)中，每一個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程，這意味著一個(gè)程序可以同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)。對(duì)于象通信程序這樣既要進(jìn)行耗時(shí)的工作，又要保持對(duì)用戶 輸入響應(yīng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用多線程是最佳選擇。當(dāng)進(jìn)程使用多個(gè)線程時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)保持線程間的同步。

　　利用Win 32的重疊I/O操作和多線程特性，程序員可以編寫(xiě)出高效的通信程序。在這一講的最后將通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行通信程序，向讀者演示多線程和重疊I/O的編程技術(shù)。

1.1 Windows 3.x的協(xié)同多任務(wù)

在16位的Windows 3.x中，應(yīng)用程序具有對(duì)CPU的控制權(quán)。只有在調(diào)用了GetMessage、PeekMessage、WaitMessage或Yield后，程序才有 可能把CPU控制權(quán)交給系統(tǒng)，系統(tǒng)再把控制權(quán)轉(zhuǎn)交給別的應(yīng)用程序。如果應(yīng)用程序在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法調(diào)用上述四個(gè)函數(shù)之一，那么程序就一直獨(dú)占CPU，系統(tǒng)會(huì)被 掛起而無(wú)法接受用戶的輸入。

　　因此，在設(shè)計(jì)16位的應(yīng)用程序時(shí)，程序員必須合理地設(shè)計(jì)消息處理函數(shù)，以使程序能夠盡快返回到消息循環(huán)中。如果程序需要進(jìn)行費(fèi)時(shí)的操作，那么必須保證程序在進(jìn)行操作時(shí)能周期性的調(diào)用上述四個(gè)函數(shù)中的一個(gè)。

　　在Windows 3.x環(huán)境下，要想設(shè)計(jì)一個(gè)既能執(zhí)行實(shí)時(shí)的后臺(tái)工作（如對(duì)通信端口的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和讀寫(xiě)），又能保證所有界面響應(yīng)用戶輸入的單獨(dú)的應(yīng)用程序幾乎是不可能的。

有人可能會(huì)想到用CWinApp::OnIdle函數(shù)來(lái)執(zhí)行后臺(tái)工作，因?yàn)樵摵瘮?shù)是程序主消息循環(huán)在空閑時(shí)調(diào)用的。但OnIdle的執(zhí)行并不可靠，例 如，如果用戶在程序中打開(kāi)了一個(gè)菜單或模態(tài)對(duì)話框，那么OnIdle將停止調(diào)用，因?yàn)榇藭r(shí)程序不能返回到主消息循環(huán)中！在實(shí)時(shí)任務(wù)代碼中調(diào)用 PeekMessage也會(huì)遇到同樣的問(wèn)題，除非程序能保證用戶不會(huì)選擇菜單或彈出模態(tài)對(duì)話框，否則程序?qū)⒉荒芊祷氐絇eekMessage的調(diào)用處，這 將導(dǎo)致后臺(tái)實(shí)時(shí)處理的中斷。

　　折衷的辦法是在執(zhí)行長(zhǎng)期工作時(shí)彈出一個(gè)非模態(tài)對(duì) 話框并禁止主窗口，在消息循環(huán)內(nèi)分批執(zhí)行后臺(tái)操作。對(duì)話框中可以顯示工作的進(jìn)度，也可以包含一個(gè)取消按鈕以讓用戶有機(jī)會(huì)中斷一個(gè)長(zhǎng)期的工作。典型的代碼如 清單12.1所示。這樣做既可以保證工作實(shí)時(shí)進(jìn)行，又可以使程序能有限地響應(yīng)用戶輸入，但此時(shí)程序?qū)嶋H上已不能再為用戶干別的事情了。

 

1.2 Windows 95/NT的搶先式多任務(wù)

　　在32位的Windows系統(tǒng)中，采用的是搶先式多任務(wù)，這意味著程序?qū)PU的占用時(shí)間是由系統(tǒng)決定的。系統(tǒng)為每個(gè)程序分配一定的CPU時(shí)間，當(dāng)程序的運(yùn)行超過(guò)規(guī)定時(shí)間后，系統(tǒng)就會(huì)中斷該程序并把CPU控制權(quán)轉(zhuǎn)交給別的程序。與協(xié)同式多任務(wù)不同，這種中斷是匯編語(yǔ)言級(jí)的。程序不必調(diào)用象 PeekMessage這樣的函數(shù)來(lái)放棄對(duì)CPU的控制權(quán)，就可以進(jìn)行費(fèi)時(shí)的工作，而且不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的掛起。
　　例如，在Windows3.x 中，如果某一個(gè)應(yīng)用程序陷入了死循環(huán)，那么整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)癱瘓，這時(shí)唯一的解決辦法就是重新啟動(dòng)機(jī)器。而在Windows 95/NT中，一個(gè)程序的崩潰一般不會(huì)造成死機(jī)，其它程序仍然可以運(yùn)行，用戶可以按Ctrl+Alt+Del鍵來(lái)打開(kāi)任務(wù)列表并關(guān)閉沒(méi)有響應(yīng)的程序。
1.3 進(jìn)程與線程

　　在32位的Windows系統(tǒng)中，術(shù)語(yǔ)多任務(wù)是指系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，而每個(gè)進(jìn)程也可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程。
　　進(jìn)程就是應(yīng)用程序的運(yùn)行實(shí)例。每個(gè)進(jìn)程都有自己私有的虛擬地址空間。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)主線程，但可以建立另外的線程。進(jìn)程中的線程是并行執(zhí)行的，每個(gè)線程占用CPU的時(shí)間由系統(tǒng)來(lái)劃分。
　　可以把線程看成是操作系統(tǒng)分配CPU時(shí)間的基本實(shí)體。系統(tǒng)不停地在各個(gè)線程之間切換，它對(duì)線程的中斷是匯編語(yǔ)言級(jí)的。系統(tǒng)為每一個(gè)線程分配一個(gè)CPU時(shí)間片，某個(gè)線程只有在分配的時(shí)間片內(nèi)才有對(duì)CPU的控制權(quán)。實(shí)際上，在PC機(jī)中，同一時(shí)間只有一個(gè)線程在運(yùn)行。由于系統(tǒng)為每個(gè)線程劃分的時(shí)間片很?。?0 毫秒左右），所以看上去好象是多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行。
　　進(jìn)程中的所有線程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，這意味著所有線程都可以訪問(wèn)進(jìn)程的全局變量和資源。這一方面為編程帶來(lái)了方便，但另一方面也容易造成沖突。
　　雖然在進(jìn)程中進(jìn)行費(fèi)時(shí)的工作不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的掛起，但這會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程本身的掛起。所以，如果進(jìn)程既要進(jìn)行長(zhǎng)期的工作，又要響應(yīng)用戶的輸入，那么它可以啟動(dòng)一個(gè)線程來(lái)專門(mén)負(fù)責(zé)費(fèi)時(shí)的工作，而主線程仍然可以與用戶進(jìn)行交互。
1.4 線程的創(chuàng)建和終止

　　線程分用戶界面線程和工作者線程兩種。用戶界面線程擁有自己的消息泵來(lái)處理界面消息，可以與用戶進(jìn)行交互。工作者線程沒(méi)有消息泵，一般用來(lái)完成后臺(tái)工作。

　　MFC應(yīng)用程序的線程由對(duì)象CWinThread表示。在多數(shù)情況下，程序不需要自己創(chuàng)建CWinThread對(duì)象。調(diào)用AfxBeginThread函數(shù)時(shí)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)CWinThread對(duì)象。

例如，清單12.2中的代碼演示了工作者線程的創(chuàng)建。AfxBeginThread函數(shù)負(fù)責(zé)創(chuàng)建新線程，它的第一個(gè)參數(shù)是代表線程的函數(shù)的地址，在本例 中是MyThreadProc。第二個(gè)參數(shù)是傳遞給線程函數(shù)的參數(shù)，這里假定線程要用到CMyObject對(duì)象，所以把pNewObject指針傳給了新 線程。線程函數(shù)MyThreadProc用來(lái)執(zhí)行線程，請(qǐng)注意該函數(shù)的聲明。線程函數(shù)有一個(gè)32位的pParam參數(shù)可用來(lái)接收必要的參數(shù)。

 

AfxBeginThread的聲明為：
CWinThread* AfxBeginThread( AFX_THREADPROC pfnThreadProc, LPVOID pParam, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );

參數(shù)pfnThreadProc是工作線程函數(shù)的地址。pParam是傳遞給線程函數(shù)的參數(shù)。nPriority 是線程的優(yōu)先級(jí)，一般是THREAD_PRIORITY_NORMAL，若為0，則使用創(chuàng)建線程的優(yōu)先級(jí)。nStackSize說(shuō)明了線程的堆棧尺寸，若 為0則堆棧尺寸與創(chuàng)建線程相同。dwCreateFlags指定了線程的初始狀態(tài)，如果為0，那么線程在創(chuàng)建后立即執(zhí)行，如果為 CREATE_SUSPENDED，則線程在創(chuàng)建后就被掛起。參數(shù)lpSecurityAttrs用來(lái)說(shuō)明保密屬性，一般為0。函數(shù)返回新建的 CWinThread對(duì)象的指針。

　　程序應(yīng)該把AfxBeginThread 返回的CWinThread指針保存起來(lái)，以便對(duì)創(chuàng)建的線程進(jìn)行控制。例如，可以調(diào)用CWinThread::SetThreadPriority來(lái)設(shè)置 線程的優(yōu)先級(jí)，用CWinThread::SuspendThread來(lái)掛起線程。如果線程被掛起，那么直到調(diào)用CWinThread:: ResumeThread后線程才開(kāi)始運(yùn)行。

　　如果要?jiǎng)?chuàng)建用戶界面線程，那么 必須從CWinThread派生一個(gè)新類。事實(shí)上，代表進(jìn)程主線程的CWinApp類就是CWinThread的派生類。派生類必須用 DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE宏來(lái)聲明和實(shí)現(xiàn)。需要重寫(xiě)派生類的InitInstance、 ExitInstance、Run等函數(shù)。

　　可以使用AfxBeginThread函數(shù)的另一個(gè)版本來(lái)創(chuàng)建用戶界面線程。函數(shù)的聲明為：

CWinThread* AfxBeginThread( CRuntimeClass* pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );

　　參數(shù)pThreadClass指向一個(gè)CRuntimeClass對(duì)象，該對(duì)象是用RUNTIME_CLASS宏從CWinThread的派生類創(chuàng)建的。其它參數(shù)以及函數(shù)的返回值與第一個(gè)版本的AfxBeginThread是一樣的。
   當(dāng)發(fā)生下列事件之一時(shí)，線程被終止：
線程調(diào)用ExitThread。
線程函數(shù)返回，即線程隱含調(diào)用了ExitThread。
ExitProcess被進(jìn)程的任一線程顯示或隱含調(diào)用。
用線程的句柄調(diào)用TerminateThread。
用進(jìn)程句柄調(diào)用TerminateProcess。

2 線程的同步

多線程的使用會(huì)產(chǎn)生一些新的問(wèn)題，主要是如何保證線程的同步執(zhí)行。多線程應(yīng)用程序需要使用同步對(duì)象和等待函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。

12.2.1 為什么需要同步

由于同一進(jìn)程的所有線程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，并且線程的中斷是匯編語(yǔ)言級(jí)的，所以可能會(huì)發(fā)生兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象（包括全局變量、共享資源、 API函數(shù)和MFC對(duì)象等）的情況，這有可能導(dǎo)致程序錯(cuò)誤。例如，如果一個(gè)線程在未完成對(duì)某一大尺寸全局變量的讀操作時(shí)，另一個(gè)線程又對(duì)該變量進(jìn)行了寫(xiě)操 作，那么第一個(gè)線程讀入的變量值可能是一種修改過(guò)程中的不穩(wěn)定值。

　　屬于不同進(jìn)程的線程在同時(shí)訪問(wèn)同一內(nèi)存區(qū)域或共享資源時(shí)，也會(huì)存在同樣的問(wèn)題。

　　因此，在多線程應(yīng)用程序中，常常需要采取一些措施來(lái)同步線程的執(zhí)行。需要同步的情況包括以下幾種：

在多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一對(duì)象時(shí)，可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。例如，如果當(dāng)一個(gè)線程正在讀取一個(gè)至關(guān)重要的共享緩沖區(qū)時(shí)，另一個(gè)線程向該緩沖區(qū)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，那么程序的運(yùn)行結(jié)果就可能出錯(cuò)。程序應(yīng)該盡量避免多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)緩沖區(qū)或系統(tǒng)資源。

在Windows 95環(huán)境下編寫(xiě)多線程應(yīng)用程序還需要考慮重入問(wèn)題。Windows NT是真正的32位操作系統(tǒng)，它解決了系統(tǒng)重入問(wèn)題。而Windows 95由于繼承了Windows 3.x的部分16位代碼，沒(méi)能夠解決重入問(wèn)題。這意味著在Windows 95中兩個(gè)線程不能同時(shí)執(zhí)行某個(gè)系統(tǒng)功能，否則有可能造成程序錯(cuò)誤，甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰。應(yīng)用程序應(yīng)該盡量避免發(fā)生兩個(gè)以上的線程同時(shí)調(diào)用同一個(gè) Windows API函數(shù)的情況。

由于大小和性能方面的原因，MFC對(duì)象在對(duì)象級(jí)不是線程安全的，只有在類級(jí)才是。也就是說(shuō)，兩個(gè)線程可以安全地使用兩個(gè)不同的CString對(duì)象，但同時(shí)使用同一個(gè)CString對(duì)象就可能產(chǎn)生問(wèn)題。如果必須使用同一個(gè)對(duì)象，那么應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)耐酱胧?/p>

多個(gè)線程之間需要協(xié)調(diào)運(yùn)行。例如，如果第二個(gè)線程需要等待第一個(gè)線程完成到某一步時(shí)才能運(yùn)行，那么該線程應(yīng)該暫時(shí)掛起以減少對(duì)CPU的占用時(shí)間，提高程序的執(zhí)行效率。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程完成了相應(yīng)的步驟后，應(yīng)該發(fā)出某種信號(hào)來(lái)激活第二個(gè)線程。

　

12.2.2 等待函數(shù)

Win32 API提供了一組能使線程阻塞其自身執(zhí)行的等待函數(shù)。這些函數(shù)只有在作為其參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)同步對(duì)象(見(jiàn)下小節(jié))產(chǎn)生信號(hào)時(shí)才會(huì)返回。在超過(guò)規(guī)定的等待時(shí) 間后，不管有無(wú)信號(hào)，函數(shù)也都會(huì)返回。在等待函數(shù)未返回時(shí)，線程處于等待狀態(tài)，此時(shí)線程只消耗很少的CPU時(shí)間。

　　使用等待函數(shù)即可以保證線程的同步，又可以提高程序的運(yùn)行效率。最常用的等待函數(shù)是WaitForSingleObject，該函數(shù)的聲明為：

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);

　　參數(shù)hHandle是同步對(duì)象的句柄。參數(shù)dwMilliseconds是以毫秒為單位的超時(shí)間隔，如果該參數(shù)為0，那么函數(shù)就測(cè)試同步對(duì)象的狀態(tài)并立即返回，如果該參數(shù)為INFINITE，則超時(shí)間隔是無(wú)限的。函數(shù)的返回值在表12.1中列出。

　

表12.1 WaitForSingleObject的返回值

返回值	含義
WAIT_FAILED	函數(shù)失敗
WAIT_OBJECT_0	指定的同步對(duì)象處于有信號(hào)的狀態(tài)
WAIT_ABANDONED	擁有一個(gè)mutex的線程已經(jīng)中斷了，但未釋放該MUTEX
WAIT_TIMEOUT	超時(shí)返回，并且同步對(duì)象無(wú)信號(hào)

　

　

函數(shù)WaitForMultipleObjects可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)同步對(duì)象，該函數(shù)的聲明為：

DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount, CONST HANDLE *lpHandles, BOOL bWaitAll, DWORD dwMilliseconds );

　

參數(shù)nCount是句柄數(shù)組中句柄的數(shù)目。lpHandles代表一個(gè)句柄數(shù)組。bWaitAll說(shuō)明了等待類型，如果為T(mén)RUE，那么函數(shù)在所有對(duì)象 都有信號(hào)后才返回，如果為FALSE，則只要有一個(gè)對(duì)象變成有信號(hào)的，函數(shù)就返回。函數(shù)的返回值在表12.2中列出。參數(shù)dwMilliseconds是 以毫秒為單位的超時(shí)間隔，如果該參數(shù)為0，那么函數(shù)就測(cè)試同步對(duì)象的狀態(tài)并立即返回，如果該參數(shù)為INFINITE，則超時(shí)間隔是無(wú)限的。

　

表12.2 WaitForMultipleObjects的返回值

返回值	說(shuō)明
WAIT_OBJECT_0到WAIT_ OBJECT_0+nCount-1	若bWaitAll為T(mén)RUE，則返回值表明所有對(duì)象都是有信號(hào)的。如果bWaitAll為FALSE，則返回值減去WAIT_OBJECT_0就是數(shù)組中有信號(hào)對(duì)象的最小索引。
WAIT_ABANDONED_0到WAIT_ ABANDONED_ 0+nCount-1	若bWaitAll為T(mén)RUE，則返回值表明所有對(duì)象都有信號(hào)，但有一個(gè)mutex被放棄了。若bWaitAll為FALSE，則返回值減去WAIT_ABANDONED_0就是被放棄mutex在對(duì)象數(shù)組中的索引。
WAIT_TIMEOUT	超時(shí)返回。

　

12.2.3 同步對(duì)象

　　同步對(duì)象用來(lái)協(xié)調(diào)多線程的執(zhí)行，它可以被多個(gè)線程共享。線程的等待函數(shù)用同步對(duì)象的句柄作為參數(shù)，同步對(duì)象應(yīng)該是所有要使用的線程都能訪問(wèn)到的。同步對(duì)象的狀態(tài)要么是有信號(hào)的，要么是無(wú)信號(hào)的。同步對(duì)象主要有三種：事件、mutex和信號(hào)燈。

　　事件對(duì)象(Event)是最簡(jiǎn)單的同步對(duì)象，它包括有信號(hào)和無(wú)信號(hào)兩種狀態(tài)。在線程訪問(wèn)某一資源之前，也許需要等待某一事件的發(fā)生，這時(shí)用事件對(duì)象最合適。例如，只有在通信端口緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)后，監(jiān)視線程才被激活。

事件對(duì)象是用CreateEvent函數(shù)建立的。該函數(shù)可以指定事件對(duì)象的種類和事件的初始狀態(tài)。如果是手工重置事件，那么它總是保持有信號(hào)狀態(tài)，直到 用ResetEvent函數(shù)重置成無(wú)信號(hào)的事件。如果是自動(dòng)重置事件，那么它的狀態(tài)在單個(gè)等待線程釋放后會(huì)自動(dòng)變?yōu)闊o(wú)信號(hào)的。用SetEvent可以把事 件對(duì)象設(shè)置成有信號(hào)狀態(tài)。在建立事件時(shí)，可以為對(duì)象起個(gè)名字，這樣其它進(jìn)程中的線程可以用OpenEvent函數(shù)打開(kāi)指定名字的事件對(duì)象句柄。

　　mutex對(duì)象的狀態(tài)在它不被任何線程擁有時(shí)是有信號(hào)的，而當(dāng)它被擁有時(shí)則是無(wú)信號(hào)的。mutex對(duì)象很適合用來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)線程對(duì)共享資源的互斥訪問(wèn)(mutually exclusive)。

線程用CreateMutex函數(shù)來(lái)建立mutex對(duì)象，在建立mutex時(shí)，可以為對(duì)象起個(gè)名字，這樣其它進(jìn)程中的線程可以用OpenMutex函數(shù) 打開(kāi)指定名字的mutex對(duì)象句柄。在完成對(duì)共享資源的訪問(wèn)后，線程可以調(diào)用ReleaseMutex來(lái)釋放mutex，以便讓別的線程能訪問(wèn)共享資源。 如果線程終止而不釋放mutex，則認(rèn)為該mutex被廢棄。

　　信號(hào)燈對(duì)象維 護(hù)一個(gè)從0開(kāi)始的計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)值大于0時(shí)對(duì)象是有信號(hào)的，而在計(jì)數(shù)值為0時(shí)則是無(wú)信號(hào)的。信號(hào)燈對(duì)象可用來(lái)限制對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)的線程數(shù)量。線程用 CreateSemaphore函數(shù)來(lái)建立信號(hào)燈對(duì)象，在調(diào)用該函數(shù)時(shí)，可以指定對(duì)象的初始計(jì)數(shù)和最大計(jì)數(shù)。在建立信號(hào)燈時(shí)也可以為對(duì)象起個(gè)名字，別的進(jìn) 程中的線程可以用OpenSemaphore函數(shù)打開(kāi)指定名字的信號(hào)燈句柄。

　　一般把信號(hào)燈的初始計(jì)數(shù)設(shè)置成最大值。每次當(dāng)信號(hào)燈有信號(hào)使等待函數(shù)返回時(shí)，信號(hào)燈計(jì)數(shù)就會(huì)減1，而調(diào)用ReleaseSemaphore可以增加信號(hào)燈的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值越小就表明訪問(wèn)共享資源的程序越多。

　　除了上述三種同步對(duì)象外，表12.3中的對(duì)象也可用于同步。另外，有時(shí)可以用文件或通信設(shè)備作為同步對(duì)象使用。

　

表12.3 可用于同步的對(duì)象

對(duì)象	描述
變化通知	由FindFirstChangeNotification函數(shù)建立，當(dāng)在指定目錄中發(fā)生指定類型的變化時(shí)對(duì)象變成有信號(hào)的。
控制臺(tái)輸入	在控制臺(tái)建立是被創(chuàng)建。它是用CONIN$調(diào)用CreateFile函數(shù)返回的句柄，或是GetStdHandle函數(shù)的返回句柄。如果控制臺(tái)輸入緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，那么對(duì)象是有信號(hào)的，如果緩沖區(qū)為空，則對(duì)象是無(wú)信號(hào)的。
進(jìn)程	當(dāng)調(diào)用CreateProcess建立進(jìn)程時(shí)被創(chuàng)建。進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)對(duì)象是無(wú)信號(hào)的，當(dāng)進(jìn)程終止時(shí)對(duì)象是有信號(hào)的。
線程	當(dāng)調(diào)用Createprocess、CreateThread或CreateRemoteThread函數(shù)創(chuàng)建新線程時(shí)被創(chuàng)建。在線程運(yùn)行是對(duì)象是無(wú)信號(hào)的，在線程終止時(shí)則是有信號(hào)的。

　

　

　　當(dāng)對(duì)象不再使用時(shí)，應(yīng)該用CloseHandle函數(shù)關(guān)閉對(duì)象句柄。

清單12.3是一個(gè)使用事件對(duì)象的簡(jiǎn)單例子，在該例中，假設(shè)主線程要讀取共享緩沖區(qū)中的內(nèi)容，而輔助線程負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。兩個(gè)線程使用了一個(gè) hEvent事件對(duì)象來(lái)同步。在用CreateEvent函數(shù)創(chuàng)建事件對(duì)象句柄時(shí)，指定該對(duì)象是一個(gè)自動(dòng)重置事件，其初始狀態(tài)為有信號(hào)的。當(dāng)線程要讀寫(xiě)緩 沖區(qū)時(shí)，調(diào)用WaitForSingleObject函數(shù)無(wú)限等待hEvent信號(hào)。如果hEvent無(wú)信號(hào)，則說(shuō)明另一線程正在訪問(wèn)緩沖區(qū)；如果有信 號(hào)，則本線程可以訪問(wèn)緩沖區(qū)，WaitForSingleObject函數(shù)在返回后會(huì)自動(dòng)把hEvent置成無(wú)信號(hào)的，這樣在本線程讀寫(xiě)緩沖區(qū)時(shí)別的線程 不會(huì)同時(shí)訪問(wèn)。在完成讀寫(xiě)操作后，調(diào)用SetEvent函數(shù)把hEvent置成有信號(hào)的，以使別的線程有機(jī)會(huì)訪問(wèn)共享緩沖區(qū)。

　

12.2.4 關(guān)鍵節(jié)和互鎖變量訪問(wèn)

　　關(guān)鍵節(jié)(Critical Seciton)與mutex的功能類似，但它只能由同一進(jìn)程中的線程使用。關(guān)鍵節(jié)可以防止共享資源被同時(shí)訪問(wèn)。

進(jìn)程負(fù)責(zé)為關(guān)鍵節(jié)分配內(nèi)存空間，關(guān)鍵節(jié)實(shí)際上是一個(gè)CRITICAL_SECTION型的變量，它一次只能被一個(gè)線程擁有。在線程使用關(guān)鍵節(jié)之前，必須 調(diào)用InitializeCriticalSection函數(shù)將其初始化。如果線程中有一段關(guān)鍵的代碼不希望被別的線程中斷，那么可以調(diào)用 EnterCriticalSection函數(shù)來(lái)申請(qǐng)關(guān)鍵節(jié)的所有權(quán)，在運(yùn)行完關(guān)鍵代碼后再用LeaveCriticalSection函數(shù)來(lái)釋放所有 權(quán)。如果在調(diào)用EnterCriticalSection時(shí)關(guān)鍵節(jié)對(duì)象已被另一個(gè)線程擁有，那么該函數(shù)將無(wú)限期等待所有權(quán)。

利用互鎖變量可以建立簡(jiǎn)單有效的同步機(jī)制。使用函數(shù)InterlockedIncrement和InterlockedDecrement可以增加或減 少多個(gè)線程共享的一個(gè)32位變量的值，并且可以檢查結(jié)果是否為0。線程不必?fù)?dān)心會(huì)被其它線程中斷而導(dǎo)致錯(cuò)誤。如果變量位于共享內(nèi)存中，那么不同進(jìn)程中的線 程也可以使用這種機(jī)制。

3 串行通信與重疊I/O

Win 32系統(tǒng)為串行通信提供了全新的服務(wù)。傳統(tǒng)的OpenComm、ReadComm、WriteComm、CloseComm等函數(shù)已經(jīng)過(guò)時(shí)，WM_COMMNOTIFY消息也消失了。取而代之的是文件I/O函數(shù)提供的打開(kāi)和關(guān)閉通信資源句柄及讀寫(xiě)操作的基本接口。

　　新的文件I/O函數(shù)(CreateFile、ReadFile、WriteFile等)支持重疊式輸入輸出，這使得線程可以從費(fèi)時(shí)的I/O操作中解放出來(lái)，從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。

12.3.1 串行口的打開(kāi)和關(guān)閉

　　Win 32系統(tǒng)把文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展。無(wú)論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤(pán)、還是控制臺(tái)，都是用API函數(shù)CreateFile來(lái)打開(kāi)或創(chuàng)建的。該函數(shù)的聲明為：

HANDLE CreateFile(

LPCTSTR lpFileName, // 文件名

DWORD dwDesiredAccess, // 訪問(wèn)模式

DWORD dwShareMode, // 共享模式

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 通常為NULL

DWORD dwCreationDistribution, // 創(chuàng)建方式

DWORD dwFlagsAndAttributes, // 文件屬性和標(biāo)志

HANDLE hTemplateFile // 臨時(shí)文件的句柄，通常為NULL

);

　　如果調(diào)用成功，那么該函數(shù)返回文件的句柄，如果調(diào)用失敗，則函數(shù)返回INVALID_HANDLE_VALUE。

如果想要用重疊I/O方式（參見(jiàn)12.3.3）打開(kāi)COM2口，則一般應(yīng)象清單12.4那樣調(diào)用CreateFile函數(shù)。注意在打開(kāi)一個(gè)通信端口時(shí)， 應(yīng)該以獨(dú)占方式打開(kāi)，另外要指定GENERIC_READ、GENERIC_WRITE、OPEN_EXISTING和 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL等屬性。如果要打開(kāi)重疊I/O，則應(yīng)該指定 FILE_FLAG_OVERLAPPED屬性。

　

當(dāng)不再使用文件句柄時(shí)，應(yīng)該調(diào)用CloseHandle函數(shù)關(guān)閉之。

12.3.2 串行口的初始化

　　在打開(kāi)通信設(shè)備句柄后，常常需要對(duì)串行口進(jìn)行一些初始化工作。這需要通過(guò)一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗(yàn)和停止位數(shù)等信息。在查詢或配置置串行口的屬性時(shí)，都要用DCB結(jié)構(gòu)來(lái)作為緩沖區(qū)。

調(diào)用GetCommState函數(shù)可以獲得串口的配置，該函數(shù)把當(dāng)前配置填充到一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)中。一般在用CreateFile打開(kāi)串行口后，可以調(diào)用 GetCommState函數(shù)來(lái)獲取串行口的初始配置。要修改串行口的配置，應(yīng)該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)用指定的 DCB結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)置串行口。

　　除了在DCB中的設(shè)置外，程序一般還需要設(shè)置I/O緩沖區(qū)的大小和超時(shí)。Windows用I/O緩沖區(qū)來(lái)暫存串行口輸入和輸出的數(shù)據(jù)，如果通信的速率較高，則應(yīng)該設(shè)置較大的緩沖區(qū)。調(diào)用SetupComm函數(shù)可以設(shè)置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。

在用ReadFile和WriteFile讀寫(xiě)串行口時(shí)，需要考慮超時(shí)問(wèn)題。如果在指定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有讀出或?qū)懭胫付〝?shù)量的字符，那么ReadFile或 WriteFile的操作就會(huì)結(jié)束。要查詢當(dāng)前的超時(shí)設(shè)置應(yīng)調(diào)用GetCommTimeouts函數(shù)，該函數(shù)會(huì)填充一個(gè)COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)。調(diào) 用SetCommTimeouts可以用某一個(gè)COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來(lái)設(shè)置超時(shí)。

　　有兩種超時(shí)：間隔超時(shí)和總超時(shí)。間隔超時(shí)是指在接收時(shí)兩個(gè)字符之間的最大時(shí)延，總超時(shí)是指讀寫(xiě)操作總共花費(fèi)的最大時(shí)間。寫(xiě)操作只支持總超時(shí)，而讀操作兩種超時(shí)均支持。用COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)可以規(guī)定讀/寫(xiě)操作的超時(shí)，該結(jié)構(gòu)的定義為：

typedef struct _COMMTIMEOUTS {

DWORD ReadIntervalTimeout; // 讀間隔超時(shí)

DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; // 讀時(shí)間系數(shù)

DWORD ReadTotalTimeoutConstant; // 讀時(shí)間常量

DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 寫(xiě)時(shí)間系數(shù)

DWORD WriteTotalTimeoutConstant; // 寫(xiě)時(shí)間常量

} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

　　COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位。總超時(shí)的計(jì)算公式是：

總超時(shí)=時(shí)間系數(shù)×要求讀/寫(xiě)的字符數(shù) + 時(shí)間常量

　　例如，如果要讀入10個(gè)字符，那么讀操作的總超時(shí)的計(jì)算公式為：

讀總超時(shí)＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10 + ReadTotalTimeoutConstant

　　可以看出，間隔超時(shí)和總超時(shí)的設(shè)置是不相關(guān)的，這可以方便通信程序靈活地設(shè)置各種超時(shí)。

如果所有寫(xiě)超時(shí)參數(shù)均為0，那么就不使用寫(xiě)超時(shí)。如果ReadIntervalTimeout為0，那么就不使用讀間隔超時(shí)，如果 ReadTotalTimeoutMultiplier和ReadTotalTimeoutConstant都為0，則不使用讀總超時(shí)。如果讀間隔超時(shí)被 設(shè)置成MAXDWORD并且兩個(gè)讀總超時(shí)為0，那么在讀一次輸入緩沖區(qū)中的內(nèi)容后讀操作就立即完成，而不管是否讀入了要求的字符。

　　在用重疊方式讀寫(xiě)串行口時(shí)，雖然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超時(shí)仍然是起作用的。在這種情況下，超時(shí)規(guī)定的是操作的完成時(shí)間，而不是ReadFile和WriteFile的返回時(shí)間。

清單12.5列出了一段簡(jiǎn)單的串行口初始化代碼。

　

　

12.3.3 重疊I/O

在用ReadFile和WriteFile讀寫(xiě)串行口時(shí)，既可以同步執(zhí)行，也可以重疊（異步）執(zhí)行。在同步執(zhí)行時(shí)，函數(shù)直到操作完成后才返回。這意味著 在同步執(zhí)行時(shí)線程會(huì)被阻塞，從而導(dǎo)致效率下降。在重疊執(zhí)行時(shí)，即使操作還未完成，調(diào)用的函數(shù)也會(huì)立即返回。費(fèi)時(shí)的I/O操作在后臺(tái)進(jìn)行，這樣線程就可以干 別的事情。例如，線程可以在不同的句柄上同時(shí)執(zhí)行I/O操作，甚至可以在同一句柄上同時(shí)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。“重疊”一詞的含義就在于此。

　　ReadFile函數(shù)只要在串行口輸入緩沖區(qū)中讀入指定數(shù)量的字符，就算完成操作。而WriteFile函數(shù)不但要把指定數(shù)量的字符拷入到輸出緩沖中，而且要等這些字符從串行口送出去后才算完成操作。

ReadFile和WriteFile函數(shù)是否為執(zhí)行重疊操作是由CreateFile函數(shù)決定的。如果在調(diào)用CreateFile創(chuàng)建句柄時(shí)指定了 FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)志，那么調(diào)用ReadFile和WriteFile對(duì)該句柄進(jìn)行的讀寫(xiě)操作就是重疊的，如果未指定重疊標(biāo)志， 則讀寫(xiě)操作是同步的。

　　函數(shù)ReadFile和WriteFile的參數(shù)和返回值很相似。這里僅列出ReadFile函數(shù)的聲明：

BOOL ReadFile(

HANDLE hFile, // 文件句柄

LPVOID lpBuffer, // 讀緩沖區(qū)

DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要求讀入的字節(jié)數(shù)

LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // 實(shí)際讀入的字節(jié)數(shù)

LPOVERLAPPED lpOverlapped // 指向一個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)

); //若返回TRUE則表明操作成功

　

需要注意的是如果該函數(shù)因?yàn)槌瑫r(shí)而返回，那么返回值是TRUE。參數(shù)lpOverlapped在重疊操作時(shí)應(yīng)該指向一個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)，如果 該參數(shù)為NULL，那么函數(shù)將進(jìn)行同步操作，而不管句柄是否是由FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)志建立的。

當(dāng)ReadFile和WriteFile返回FALSE時(shí)，不一定就是操作失敗，線程應(yīng)該調(diào)用GetLastError函數(shù)分析返回的結(jié)果。例如，在重 疊操作時(shí)如果操作還未完成函數(shù)就返回，那么函數(shù)就返回FALSE，而且GetLastError函數(shù)返回ERROR_IO_PENDING。

在使用重疊I/O時(shí)，線程需要?jiǎng)?chuàng)建OVERLAPPED結(jié)構(gòu)以供讀寫(xiě)函數(shù)使用。OVERLAPPED結(jié)構(gòu)最重要的成員是hEvent，hEvent是一 個(gè)事件對(duì)象句柄，線程應(yīng)該用CreateEvent函數(shù)為hEvent成員創(chuàng)建一個(gè)手工重置事件，hEvent成員將作為線程的同步對(duì)象使用。如果讀寫(xiě)函 數(shù)未完成操作就返回，就那么把hEvent成員設(shè)置成無(wú)信號(hào)的。操作完成后（包括超時(shí)），hEvent會(huì)變成有信號(hào)的。

如果GetLastError函數(shù)返回ERROR_IO_PENDING，則說(shuō)明重疊操作還為完成，線程可以等待操作完成。有兩種等待辦法：一種辦法是 用象WaitForSingleObject這樣的等待函數(shù)來(lái)等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的hEvent成員，可以規(guī)定等待的時(shí)間，在等待函數(shù)返回后， 調(diào)用GetOverlappedResult。另一種辦法是調(diào)用GetOverlappedResult函數(shù)等待，如果指定該函數(shù)的bWait參數(shù)為 TRUE，那么該函數(shù)將等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的hEvent 事件。GetOverlappedResult可以返回一個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)來(lái)報(bào)告包括實(shí)際傳輸字節(jié)在內(nèi)的重疊操作結(jié)果。

如果規(guī)定了讀/寫(xiě)操作的超時(shí)，那么當(dāng)超過(guò)規(guī)定時(shí)間后，hEvent成員會(huì)變成有信號(hào)的。因此，在超時(shí)發(fā)生后，WaitForSingleObject和 GetOverlappedResult都會(huì)結(jié)束等待。WaitForSingleObject的dwMilliseconds參數(shù)會(huì)規(guī)定一個(gè)等待超時(shí)， 該函數(shù)實(shí)際等待的時(shí)間是兩個(gè)超時(shí)的最小值。注意GetOverlappedResult不能設(shè)置等待的時(shí)限，因此如果hEvent成員無(wú)信號(hào)，則該函數(shù)將 一直等待下去。

　　在調(diào)用ReadFile和WriteFile之前，線程應(yīng)該調(diào)用ClearCommError函數(shù)清除錯(cuò)誤標(biāo)志。該函數(shù)負(fù)責(zé)報(bào)告指定的錯(cuò)誤和設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

　　調(diào)用PurgeComm函數(shù)可以終止正在進(jìn)行的讀寫(xiě)操作，該函數(shù)還會(huì)清除輸入或輸出緩沖區(qū)中的內(nèi)容。

　

12.3.4 通信事件

在Windows 95/NT中，WM_COMMNOTIFY消息已經(jīng)取消，在串行口產(chǎn)生一個(gè)通信事件時(shí)，程序并不會(huì)收到通知消息。線程需要調(diào)用WaitCommEvent 函數(shù)來(lái)監(jiān)視發(fā)生在串行口中的各種事件，該函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)返回一個(gè)事件屏蔽變量，用來(lái)指示事件的類型。線程可以用SetCommMask建立事件屏蔽以指 定要監(jiān)視的事件，表12.4列出了可以監(jiān)視的事件。調(diào)用GetCommMask可以查詢串行口當(dāng)前的事件屏蔽。

　

表12.4 通信事件

事件屏蔽	含義
EV_BREAK	檢測(cè)到一個(gè)輸入中斷
EV_CTS	CTS信號(hào)發(fā)生變化
EV_DSR	DSR信號(hào)發(fā)生變化
EV_ERR	發(fā)生行狀態(tài)錯(cuò)誤
EV_RING	檢測(cè)到振鈴信號(hào)
EV_RLSD	RLSD(CD)信號(hào)發(fā)生變化
EV_RXCHAR	輸入緩沖區(qū)接收到新字符
EV_RXFLAG	輸入緩沖區(qū)收到事件字符
EV_TXEMPTY	發(fā)送緩沖區(qū)為空

WaitCommEvent即可以同步使用，也可以重疊使用。如果串口是用FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)志打開(kāi)的，那么 WaitCommEvent就進(jìn)行重疊操作，此時(shí)該函數(shù)需要一個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)。線程可以調(diào)用等待函數(shù)或 GetOverlappedResult函數(shù)來(lái)等待重疊操作的完成。

　　當(dāng)指定 范圍內(nèi)的某一事件發(fā)生后，線程就結(jié)束等待并把該事件的屏蔽碼設(shè)置到事件屏蔽變量中。需要注意的是，WaitCommEvent只檢測(cè)調(diào)用該函數(shù)后發(fā)生的事 件。例如，如果在調(diào)用WaitCommEvent前在輸入緩沖區(qū)中就有字符，則不會(huì)因?yàn)檫@些字符而產(chǎn)生EV_RXCHAR事件。

　　如果檢測(cè)到輸入的硬件信號(hào)（如CTS、RTS和CD信號(hào)等）發(fā)生了變化，線程可以調(diào)用GetCommMaskStatus函數(shù)來(lái)查詢它們的狀態(tài)。而用EscapeCommFunction函數(shù)可以控制輸出的硬件信號(hào)（如DTR和RTS信號(hào)）。

原作出處

posted on 2008-01-07 23:40 isabc 閱讀(2616) 評(píng)論(1)  編輯 收藏 引用 所屬分類: Win32 多線程