看到篇好文章，呵呵，獨樂樂，不如眾樂樂

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本文轉(zhuǎn)自http://blog.csdn.net/thl789/archive/2006/01/17/582246.aspx ，轉(zhuǎn)載請注明出處

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摘要 ... 1

目錄 ... 1

一、 WinCE進(jìn)程 /線程模型概覽 ... 1

二、臨界區(qū)（ Critical Section） ... 2

三、互斥體（ Mutex） ... 3

四、信號量（ Semaphore） ... 4

五、事件（ Event） ... 5

六、消息隊列（ MsgQueue P2P） ... 6

七、互鎖函數(shù)（ Interlocked Function） ... 8

八、 Wait函數(shù) ... 8

總結(jié) ... 10

參考資料以及進(jìn)一步閱讀 ... 10

關(guān)于作者 ... 10

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一、 WinCE 進(jìn)程 / 線程模型概覽

WinCE 操作系統(tǒng)實現(xiàn)了進(jìn)程 / 線程兩級管理模型。連同內(nèi)核進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程，以及應(yīng)用進(jìn)程一起， WinCE 共支持 32 個進(jìn)程。進(jìn)程還可以有自己的線程，進(jìn)程默認(rèn)有一個主線程，線程分為 256 個優(yōu)先級別， WinCE 調(diào)度程序按照線程優(yōu)先級高低來調(diào)度。進(jìn)程是 WinCE 中最小資源分配的單元，線程是 WinCE 的最小調(diào)度單元。

本文講述的同步機(jī)制有些只適用于線程間同步，有些既能用于線程間同步又能用于進(jìn)程間同步，下面討論到某一種機(jī)制的時候，再具體詳述其適用場景。

二、臨界區(qū)（ Critical Section ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 1.0 及以上版本 ）

WinCE 實現(xiàn)了操作系統(tǒng)理論里的臨界區(qū)管理。臨界區(qū)內(nèi)含有對臨街資源的訪問。通過對臨界區(qū)進(jìn)行有效管理，使得某一時刻最多只能有一個線程進(jìn)入臨界區(qū)，實現(xiàn)對臨界資源的保護(hù)。

考慮下面用臨界區(qū)實現(xiàn)兩個線程對臨界資源互斥訪問的情形。 The 1^st Thread 和 The 2^nd Thread 都要調(diào)用 Func_CriticalSection() 函數(shù)，而 Func_CriticalSection() 內(nèi)部會對某一臨界資源進(jìn)行操作，為了保護(hù)這一臨界資源，我們用一個 WinCE 的 CriticalSection 來實現(xiàn)。

圖一是該解決方案的一個場景。 The 1^st Thread 和 The 2^nd Thread 進(jìn)入臨界區(qū)之前已經(jīng)創(chuàng)建（ new ）并初始化（ InitializeCriticalSection() ）了一個臨界區(qū)。試圖進(jìn)入該臨界區(qū)的線程首先必須獲得進(jìn)入該臨界區(qū)（通過 EnterCriticalSection() / TryEnterCriticalSection() ）的資格 ，如果臨界區(qū)內(nèi)沒有線程，它就能進(jìn)入，否則必須被掛起等待。進(jìn)入臨界區(qū)的線程可以對臨界資源進(jìn)行操作（ OpOnSharedResources() ）。操作完成之后退出臨界區(qū)（ LeaveCriticalSection () ），以允許其它線程進(jìn)入。圖一中第一個線程進(jìn)入臨界區(qū)還未退出之前，第二個線程因執(zhí)行 EnterCriticalSection() 而 一直在被掛起等待，第一個線程退出臨界區(qū)之后，第二個線程從等待中被喚醒，按照相應(yīng)的調(diào)度機(jī)制重新競爭獲得 CPU ，從而繼續(xù)執(zhí)行，完成臨界區(qū)內(nèi)的操作。

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圖一、應(yīng)用臨界區(qū)（ CriticalSection ）實現(xiàn)同步

利用臨界區(qū)可以實現(xiàn)對臨界資源的互斥操作， WinCE 的臨界區(qū)應(yīng)用在同一進(jìn)程內(nèi)，亦即實現(xiàn)的是同一進(jìn)程內(nèi)的線程間同步，不能應(yīng)用在進(jìn)程之間。

三、互斥體（ Mutex ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 1.01 及以上版本 ）

互斥體（ Mutex ）顧名思義就是實現(xiàn)對共享資源實現(xiàn)互斥訪問的。 WinCE 中的互斥體的使用規(guī)則如下（按線程之間的同步為例）：

◇ ? 互斥體可以是匿名互斥體也可以是命名互斥體；
◇ ? 線程創(chuàng)建互斥體的時候可以指定創(chuàng)建完畢它是否就立即擁有該互斥體；
◇ ? 某一時刻最多只有一個線程擁有給定的互斥體；
◇ ? 擁有互斥體的線程可多次獲得該互斥體；
◇ ? 線程可用 CreateMutex 或 wait函數(shù) 來獲得互斥體。

看下面應(yīng)用互斥體的情景。 Thread1 創(chuàng)建并擁有了一個互斥體 g_hMutex[ 序列 1&2] 。互斥體 g_hMutex 是定義的全局量， thread2 可訪問到， Thread2 用 WaitForSingleObject() 試圖獲得該互斥體，因為此時 g_hMutex 是被 Thread1 擁有的，所以 Thread2 被掛起 [ 序列 3] 。 Thread1 執(zhí)行了一些操作之后，又用 wait 函數(shù)試圖再次獲得了該互斥體，因為此時 g_hMutex 的擁有者還是 Thread1 ，所以 Thread1 立即再次獲得了該互斥體 [ 序列 4-6] 。 Thread1 對互斥體 g_hMutex 保護(hù)的共享資源操作完畢，釋放該互斥體 [ 序列 7] ，但是因為 Thread1 兩次獲得了 g_hMutex ，所以 g_hMutex 的擁有權(quán)并沒有交出。等到 Thread1 再次釋放互斥體 g_hMutex[ 序列 8] 之后， Thread1 才失去了 g_hMutex 的擁有權(quán)， Thread2 可競爭 g_hMutex 的擁有權(quán)，如能成功擁有，就可從等待狀態(tài)被喚醒，完成對共享資源的訪問操作。

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圖二、應(yīng)用互斥體（ Mutex ）實現(xiàn)同步

不 知道從上面的描述，讀者有又沒有看出互斥體與臨界區(qū)之間的區(qū)別。使用上，它們都實現(xiàn)的對共享資源的互斥訪問，但是臨界區(qū)是多個線程對同一段程序的執(zhí)行，這 段程序會訪問到臨界資源，所以它們是同一個進(jìn)程內(nèi)的多個線程；而互斥體的應(yīng)用情景是在線程之間獨立執(zhí)行，可以不是程序上的重疊，只是一個線程執(zhí)行到共享資 源的時候，有可能別的線程也要訪問該共享資源，所以要用互斥體來保護(hù)該共享資源。

由于互斥體上述的應(yīng)用范圍，它不但能應(yīng)用在同一進(jìn)程內(nèi)的線程之間，也能應(yīng)用在進(jìn)程之間。進(jìn)程之間可以通過命名互斥體來實現(xiàn)。一個進(jìn)程通過為 CreateMutex() 指定一個名字做參數(shù)來獲得已經(jīng)存在的互斥體的句柄，處理過程如下面程序所示。

? HANDLE? hMutex;

? hMutex = CreateMutex (
??????????????? NULL,?????????????????????? //
??????????????? FALSE,????????????????????? // Mutex object NOT initially owned
??????????????? TEXT("NameOfMutexObject")); // Muetx Name

? if (NULL == hMutex)
? {
??? // Something wrong, deal with it here.
? }
? else
? {
??? if ( ERROR_ALREADY_EXISTS == GetLastError () )
??? {
????? // CreateMutex() opened existing mutex."
????? // ...
??? }
??? else
??? {
????? // CreateMutex() created new mutex."
????? // ...
??? }
? }

進(jìn)程獲得已經(jīng)存在的互斥體的句柄之后，就可以如線程之間同步規(guī)則那樣來實現(xiàn)進(jìn)程之間的互斥體使用。

四、信號量（ Semaphore ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 3.0 及以上版本 ）

信號量實體有一個數(shù)值指示當(dāng)前該信號量使用情況，當(dāng)前值的大小處于零和最大值之間。用下列操作原語實現(xiàn)信號量的同步操作（用線程間同步來說明）：

◇ P （ S, num ） ：如果信號量當(dāng)前值減去 num 大于零，執(zhí)行該操作的線程獲得信號量，可繼續(xù)執(zhí)行，同時信號量的當(dāng)前值減小 num ；否則訪問線程被掛起等待
◇ V （ S, num ） ：信號量的當(dāng)前值增加 num （增加之后仍不大于最大值），如果有等待該信號量的線程被掛起，喚醒等待線程并按照相應(yīng)的調(diào)度機(jī)制參與調(diào)度。

信號量一般用來控制某類共享資源，最大值標(biāo)識該類資源的數(shù)目，執(zhí)行 P 操作是申請一定數(shù)目這類資源， V 操作是釋放一定數(shù)目的這類資源。在 WinCE 的信號量實現(xiàn)中，并未實現(xiàn) OpenSemaphore ， P 操作是用 wait函數(shù) 來實現(xiàn)的，而 V 操作由 ReleaseSemaphore 來實現(xiàn)。

看下面用信號量來控制數(shù)量為 2 的某類共享資源的使用情景。

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圖三、用信號量（ Semaphore ）實現(xiàn)同步

Thread1 創(chuàng)建一個控制 2 個共享資源的信號量 [ 序列 1&2] ，并且自己用 WaitForSingleObject() 來申請一個資源，因為當(dāng)前可用的這類資源有 2 個，所以它就獲得了其中的一個 [ 序列 3&4] 。同樣地， Thread2 獲得了另外一個資源 [ 序列 5&6] 。但是當(dāng) Thread3 也申請這類資源的時候，因為此時已經(jīng)沒有這類資源，信號量的值為零，它就被掛起 [ 序列 7] 。擁有這類資源的線程釋放掉一個資源 [ 序列 8&9] ，并且滿足能滿足 Thread3 申請資源數(shù)目的要求， Thread3 競爭獲得了該資源 [ 序列 10] 。

信號量是實現(xiàn)同步的基本方法，在幾乎所有的多任務(wù)操作系統(tǒng)里面都做了信號量的實現(xiàn)，其它一些同步機(jī)制其實可以通過信號量來實現(xiàn)。如果把信號量的最大值和初始值均設(shè)置為 1 ，那么它就可實現(xiàn)互斥體 ，即保證對共享資源互斥訪問的保護(hù)。如果把信號量的初始值設(shè)置為 0 ，等待別的線程 ReleaseSemaphore 來喚醒它，那么它就可實現(xiàn)事件（ Event ） 機(jī)制。

信號量機(jī)制可以用在同一進(jìn)程內(nèi)的線程之間同步，也可以用在進(jìn)程之間的同步。進(jìn)程間同步的實現(xiàn)方法如同互斥體的此類實現(xiàn)。

五、事件（ Event ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 1.0 及以上版本 ）

WinCE 系統(tǒng)中廣泛用到事件（ Event ）機(jī)制來實現(xiàn)線程之間的協(xié)調(diào)工作，具體表現(xiàn)在：

◇ 通知一個線程什么時候去執(zhí)行它的特定的任務(wù)
◇ 標(biāo)識事件的發(fā)生

WinCE 中的線程操作原語有 CreateEvent() ， SetEvent()/PulseEvent() ， ResetEvent() 等。創(chuàng)建 Event 的時候在 CreateEvent() 的參數(shù)中指定 Event 的初始狀態(tài)（觸發(fā)的 / 未觸發(fā)的），還要指定事件是否手動復(fù)位（手動復(fù)位是只有用 ResetEvent() 才能把事件狀態(tài)顯式地設(shè)置為未觸發(fā)的，自動復(fù)位是等待該事件的線程等待事件到來之后，系統(tǒng)自動把該事件的狀態(tài)復(fù)位為未觸發(fā)的）。線程等待事件仍然用 wait函數(shù) 。

下面是使用 Event 同步的簡單情況：

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圖四、用事件（ Event ）實現(xiàn)同步

線程 Thread1 執(zhí)行過程中，要等到某個條件滿足（事件觸發(fā)），所以它創(chuàng)建了一個事件 Event （參數(shù)設(shè)置為：手動復(fù)位，初始條件為未觸發(fā)的），用 WaitForSingleObject() 來等待這個事件。線程 Thread2 執(zhí)行了一些操作之后，滿足了 Thread1 的條件，用 SetEvent 來觸發(fā)該事件。

?????? 除了可以用 SetEvent() 來觸發(fā)事件之外，也可以用 PulseEvent() 來觸發(fā)，區(qū)別是 PulseEvent() 觸發(fā)該事件之后把它又復(fù)位。

?????? 另外，也可以把命名事件用于進(jìn)程之間的同步。實現(xiàn)方法同互斥體中的描述。

六、消息隊列（ MsgQueue P2P ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE.net 4.0 及以上版本 ）

消息隊列通信機(jī)制如同建立了一個管道，管道的雙方通過分別建立到管道的兩端，與管道的讀端口建立連接的進(jìn)程可以從該端口讀取消息（ Message ），與管道的寫端口建立連接的進(jìn)程可以寫入消息（ Message ）到管道。管道內(nèi)消息組成了一個 FIFO （ F irst I n F irst O ut ）的隊列，從讀端口讀取消息是讀取隊列的頭，寫入消息到寫端口是在隊列尾部追加一個消息。

WinCE 中關(guān)于 MsgQueue 的操作函數(shù)主要有：

◇ CreateMsgQueue() 創(chuàng)建一個消息隊列。在該函數(shù)的參數(shù)中指定消息隊列的名字，消息隊列的最大數(shù)目，每個消息的最大長度，對該消息隊列可進(jìn)行讀還是寫操作等。因為調(diào)用一次 CreateMsgQueue 函數(shù)，只能指定讀或者寫這樣的二選一的消息隊列，所以一般需要用相同的消息隊列名字做參數(shù)兩次調(diào)用該函數(shù)，分別創(chuàng)建讀消息隊列和寫消息隊列，它們的返回值分別被讀進(jìn)程和寫進(jìn)程用 OpenMsgQueue() 打開用于讀取消息和寫入消息。
◇ OpenMsgQueue() 打開消息隊列并建立與相應(yīng)端口的連接。進(jìn)程與讀端口建立連接之后，可用返回的句柄從消息隊列中讀取消息；進(jìn)程與寫端口建立連接之后，可用返回的句柄寫入消息到消息隊列中。
◇ CloseMsgQueue() 斷開與消息隊列相應(yīng)的端口之間的連接，并關(guān)閉由 CreateMsgQueue() 或 OpenMsgQueue() 創(chuàng)建或打開的消息隊列。
◇ ReadMsgQueue() 如同從普通文件中讀取數(shù)據(jù)一樣，用于從消息隊列中讀取消息。可以指定讀取消息時，如果消息隊列為空，讀進(jìn)程是被掛起還是直接返回。
◇ WriteMsgQueue() 如同寫數(shù)據(jù)到普通文件中一樣，用于寫消息到消息隊列中。可以指定寫入消息時，如果消息隊列已滿，寫進(jìn)程是被掛起還是直接返回。

下圖是 MsgQueue 應(yīng)用的典型場景。

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圖五、用消息隊列（ MsgQueue ）實現(xiàn)同步

這種場景下的執(zhí)行過程為：

◇ 主進(jìn)程 MainProcess 創(chuàng)建了名為“ Reader/Writer MsgQueue ”的讀和寫的消息隊列，并分別返回 hMsgQ_r_m 和 hMsgQ_w_m[ 序列 1-4] 。
◇ 讀進(jìn)程 ReaderProcess 以主進(jìn)程的 ProcessId 和 hMsgQ_r_m 為參數(shù)，通過 OpenMsgQueue() 與 MainProcess 消息隊列的讀端口建立連接 [ 序列 5&6] 。
◇ ReaderProcess 與消息隊列建立連接之后，用 WaitForSingleOnject(hMsg_r) 看消息隊列中是否有消息，因為此時消息隊列為空，所以 ReaderProcess 被掛起 [ 序列 7] 。
◇ 寫進(jìn)程 WriterProcess 以主進(jìn)程的 ProcessId 和 hMsgQ_w_m 為參數(shù)，通過 OpenMsgQueue() 與 MainProcess 消息隊列的寫端口建立連接 [ 序列 8&9] 。
◇ WriterProcess 與消息隊列建立連接之后，用 WaitForSingleOnject(hMsg_w) 看消息隊列中消息是否滿，因為此時消息隊列為空，未滿，所以 WriterProcess 不會被掛起 [ 序列 10&11] 。
◇ WriterProcess 寫消息到消息隊列中 [ 序列 12&13] 。
◇ 因為消息隊列中已經(jīng)有了消息， ReaderProcess 從掛起狀態(tài)被喚醒 [ 序列 14] 。
◇ ReaderProcess 繼續(xù)執(zhí)行，從消息隊列中讀取 WriterProcess 剛才寫入的消息。

消息隊列除可用于同步之外，主要用于進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳遞，另外消息隊列也可以用于同一進(jìn)程中的線程之間同步，但是既然線程之間能直接傳遞數(shù)據(jù)，又何必那么麻煩呢。

七、互鎖函數(shù)（ Interlocked Function ）

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 1.0 及以上版本）

除了上面各節(jié)的同步方法之外， WinCE 還提供了一些用于原子操作的互鎖函數(shù)，這些函數(shù)在執(zhí)行過程中，不會因為線程的調(diào)度引起的當(dāng)前線程被搶占而打斷函數(shù)內(nèi)的操作。

這些函數(shù)主要有：

InterlockedIncrement
InterlockedDecrement
InterlockedExchange
InterlockedTestExchange
InterlockedCompareExchange
InterlockedCompareExchangePointer
InterlockedExchangePointer
InterlockedExchangeAdd

八、 Wait 函數(shù)

（本節(jié)內(nèi)容適用于 WinCE 1.0 及以上版本 ）

Wait 函數(shù)不是特指的某一個函數(shù)，而是指 wait 的系列函數(shù)。 wait 函數(shù)并不是 WinCE 同步機(jī)制中的一種，但是 WinCE 的很多同步機(jī)制要用到 wait 函數(shù)，這些在前面講述各個同步方法的時候也已有論述。

一般地，執(zhí)行 wait 函數(shù)時，如果等待的同步對象條件不滿足，那么執(zhí)行 wait 函數(shù)的進(jìn)程 / 線程會被掛起，當(dāng)然也可以給它們設(shè)置等待的超時時間，超過給定時間，不管條件是否滿足，它們會自動從等待狀態(tài)蘇醒。等待既可以等待某一個條件，也可以等待多個條件中的一個， WinCE 不支持等待多個條件同時滿足，如果有這種需要，要自己實現(xiàn)。

Wait 函數(shù)原型如下：

DWORD WaitForSingleObject (HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds );

DWORD WaitForMultipleObjects (
? DWORD nCount,????????????? // No. of object handles in the array.
? CONST HANDLE* lpHandles,?? // Pointer to an array of object handles.
? BOOL fWaitAll,???????????? // MUST be FALSE in WinCE
? DWORD dwMilliseconds?????? // Timeout (0, mills, or INFINITE)
);

DWORD MsgWaitForMultipleObjects (
? DWORD nCount,???????????? // No. of object handles in the array.
? LPHANDLE pHandles,??????? // Pointer to an array of object handles.
? BOOL fWaitAll,??????????? // MUST be FALSE in WinCE
? DWORD dwMilliseconds,???? // Timeout (0, mills, or INFINITE)
? DWORD dwWakeMask????????? // Input types for which an input event object handle
);

前面講述各種同步機(jī)制的時候都是以 WaitForSingleObject() 來說明的，這里就不再贅述它了。

WaitForMultipleObjects() 和 MsgWaitForMultipleObjects() 可以用來等多個同步對象，它們之間的區(qū)別就是 MsgWaitForMultipleObjects() 還等待 dwWakeMask 參數(shù)中指定的輸入事件，即這些事件發(fā)生時，等待的進(jìn)程 / 線程也能被喚醒。

用 WaitForMultipleObjects() 等待的多個同步對象的句柄放在參數(shù) lpHandles 數(shù)組中，同步對象的句柄的數(shù)目放在參數(shù) nCount 中。 dwMilliseconds 指定了等待的超時參數(shù)：如果指定為 0 ，該函數(shù)等待每個同步對象之后，不管觸發(fā)與否都直接返回；如果指定為 INFINITE ，該函數(shù)等待每個同步對象，直到有一個同步對象被觸發(fā)，否則執(zhí)行該函數(shù)的運(yùn)行實體將一直被掛起；如果指定為非 0 ，非 INFINITE 的一個數(shù)值，那么不管 等待的同步對象是否被觸發(fā)，到了指定的時間，執(zhí)行該函數(shù)而被掛起的運(yùn)行實體也會被喚醒。因哪個同步對象被觸發(fā)而返回還是因超時而返回，可以從返回值中來判定，返回值為 WAIT_TIMEOUT ，是因為超時； 返回值為 WAIT_OBJECT_0 到 WAIT_OBJECT_0 + nCount -1 之間的數(shù)時，可以按順序找到具體那個同步對象被觸發(fā) 。

下面是 WaitForMultipleObjects 的典型應(yīng)用。

? HANDLE hSynchObjects[EVENT_COUNT];
? DWORD dwEvent;

? /* Put event handles in hEvents */
? // ...
?
? dwEvent = WaitForMultipleObjects (
????????????????????? EVENT_COUNT,??????? // Number of objects in an array
????????????????????? hSynchObjects,????? // Array of objects
????????????????????? FALSE,????????????? // MUST be FALSE
????????????????????? 500);?????????????? // timeout, 0.5s

? switch (dwEvent)
? {
??? case WAIT_TIMEOUT:
????? // Handle for timeout
????? break;
?????
??? case WAIT_OBJECT_0 + 0:
????? // Handle the 1st event
????? break;
?????
??? case WAIT_OBJECT_0 + 1:
????? // Handle the 2nd one
????? break;

??? ...
???
??? case WAIT_OBJECT_0 + EVENT_COUNT -1:
????? // Handle the final one
????? break;

??? default:
????? // Error: Not an anticipant one, handle it.
????? break;
? }

總結(jié)

本文探討了 WinCE 中的各種同步機(jī)制的用法，并給出了它們的典型應(yīng)用場景。關(guān)于它們進(jìn)一步的高級話題，將在后續(xù)文章中探討。

參考資料以及進(jìn)一步閱讀

1) MSDN
2) UML Reference Manual, 2^nd Edition
3 ) Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne. Operating System Concepts, 6^th Edition. John Wiley & Sons, Inc/ 高等教育出版社影印 , 2002.5
4 ) David R. Butenhof/ 于磊，曾剛 . Programming with POSIX Threads. Addison Wesley/ 中國電力出版社 , 2003

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Windows® CE 系统中的同步机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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