Мьютексы
Объекты ядра «мьютексы» гарантируют потокам взаимоисключающий доступ к един ственному ресурсу. Отсюда и произошло название этих объектов (mutual exclusion, mutex). Они содержат счетчик числа пользователей, счетчик рекурсии и переменную, в которой запоминается идентификатор потока. Мьютексы ведут себя точно так же, как и критические секции. Однако, если последние являются объектами пользователь ского режима, то мьютексы — объектами ядра. Кроме того, единственный объект-мью текс позволяет синхронизировать доступ к ресурсу нескольких потоков из разных процессов; при этом можно задать максимальное время ожидания доступа к ресурсу.
Идентификатор потока определяет, какой поток захватил мьютекс, а счетчик ре курсий — сколько раз. У мьютексов много применений, и это наиболее часто исполь зуемые объекты ядра. Как правило, с их помощью защищают блок памяти, к которо му обращается множество потоков Если бы потоки одновременно использовали ка кой-то блок памяти, данные в нем были бы повреждены. Мьютексы гарантируют, что любой поток получает монопольный доступ к блоку памяти, и тем самым обеспечи вают целостность данных.
Для мьютексов определены следующие правила:
Для использования объекта-мьютекса один из процессов должен сначала создать его вызовом CreateMutex:
HANDLE CreateMutex( PSECURITY_ATTRIBUTES psa, BOOL fIniLialOwner, PCTSTR pszName);
O параметрах psa и pszName я рассказывал в главе 3. Разумеется, любой процесс может получить свой («процессо-зависимый») описатель существующего объекта «мьютекс», вызвав OpenMutex:
HANDLE OpenMutex( DWORD fdwAccess, 800L bInheritHandle, PCTSTR pszName);
Параметр fInitialOwner опрсдсляст начальное состояние мъютекса. Если в нем пе редается FALSE (что обычно и бывает), объект-мьютекс не принадлежит ни одному из потоков и поэтому находится в свободном состоянии. При этом его идентифика тор потока и счетчик рекурсии равны 0 Если же в нем передается TRUE, идентифи катор потока, принадлежащий мьютексу, приравнивается идентификатору вызываю щего потока, а счетчик рекурсии получает значение 1. Поскольку теперь идентифи катор потока отличен от 0, мьютекс изначально находится в занятом состоянии.
Поток получаст доступ к разделяемому ресурсу, вызывая одну из Wait-функций и передавая ей описатель мьютекса, который охраняет этот ресурс. Wait-функция про веряет у мьютекса идентификатор потока, если сго значение не равно 0, мьютекс сво боден, в ином случае оно принимает значение идентификатора вызывающего пото ка, и этот поток остается планируемым.
Если Wait-функция определяет, что у мьютекса идентификатор потока не равен 0 (мьютекс занят), вызывающий поток переходит в состояние ожидания. Система за поминает это и, когда идентификатор обнуляется, записывает в него идентификатор ждущего потока, а счетчику рекурсии присваивает значение 1, после чего ждущий поток вновь становится планируемым. Все проверки и изменения состояния объек та-мьютекса выполняются на уровне атомарного доступа.
Для мьютексов сделано одно исключение в правилах перехода объектов ядра из одного состояния в другое Допустим, поток ждет освобождения занятого объекта мьютекса В этом случае поток обычно засыпает (переходит в состояние ожидания). Однако система проверяет, не совпадает ли идентификатор потока, пытающегося захватить мьютекс, с аналогичным идентификатором у мьютекса Если они совпада ют, система по-прежнему выделяет потоку процессорное время, хотя мьютскс все ещс занят. Подобных особенностей в поведении нет ни у каких других объектов ядря в системе. Всякий раз, когда поток захватывает объект-мьютекс, счетчик рекурсии в этом объекте увеличивается на 1 Единственная ситуация, в которой значение счет чика рекурсии может быть больше 1, — поток захватывает один и тот же мьютскс несколько раз, пользуясь упомянутым исключением из общих правил.
Когда ожидание мьютекса потоком успешно завершается, последний получает монопольный доступ к защищенному ресурсу. Все остальные потоки, пытающиеся обратиться к этому ресурсу, переходят в состояние ожидания Когда поток, занимаю щий ресурс, заканчивает с ним работать, он должен освободить мьютекс вызовом функции ReleaseMutex
BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);
Эта функция уменьшает счстчик рекурсии в объекте-мьютексе на 1. Если данный объект передавался во владение потоку неоднократно, поток обязан вызвать Release Mutex столько раз, сколько необходимо для обнуления счстчика рекурсии Как толь ко счетчик станет равен 0, псрсмснная, хранящая идентификатор потока, тоже обну лится, и объект-мьютекс освободится. После этого система проверит, ожидают ли
освобождения мьютекса какие-нибудь другие потоки. Если да, система «по-честному» выберет один из ждущих потоков и передаст ему во владение объект-мьютекс.
