Windows для профессионалов
       

Критические секции: важное дополнение


Теперь, когда у Вяс появилось общее представление о критических секциях (зачем они нужны и как с их помощью можно монопольно распоряжаться разделяемым ресурсом), давайте повнимательнее приглядимся ктому, как они устроены. Начнем со структуры CRITICAL_SECTION. Вы не найдете ее в Platform SDK — о ней нет даже упоминания. В чем дело?

Хотя CRITICAL_SECTION не относится к недокументированным структурам, Microsoft полагает, что Вам незачем знать, как она устроена. И это правильно. Для нас она нвляется своего рода черным ящиком - сама структура известна, а ее элементы — нет. Конечно, поскольку CRITICAL_SECTION — не более чем одна из структур, мы можем сказать, из чего она состоит, изучив заголовочные файлы. (CRITICAT,_SECTlON определена в файле WinNT.h как RTL_CRITICAL_SECTION, а тип структуры RTL_CRITICAL_SECTION определен в файле WinBase.h.) Но никогда не пишите код, прямо ссылающийся на ее элементы.

Вы работаете со структурой CRITICAL_SECTION исключительно через функции Windows, передавая им адрес соответствующего экземпляра этой структуры. Функции сами знают, как обращаться с ее элементами, и гарантируют, что она всегда будет в согласованном состоянии. Так что теперь мы перейдем к рассмотрению этих функций.

Обычно структуры CRITICAL_SECTION создаются как глобальные переменные, доступные всем потокам процесса. Но ничто не мешает нам создавать их как локальные переменные или переменные, динамически размещаемые в куче. Есть только два условия, которые надо соблюдать Во-первых, все потоки, которым может понадобиться ресурс, должны знать адрес структуры CRITICAL_SECTION, которая защищает этот ресурс. Вы можете получить ее адрес, используя любой из существующих механизмов. Во-вторых, элементы структуры CRITICAL_SECTION следует инициализировать до обращения какого-либо потока к защищенному ресурсу. Структура инициализируется вызовом:

VOID InitializeCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);

Эта функция инициализирует элементы структуры CRITICAL_SECTION, на которую указывает параметр pcs.
Поскольку вся работа данной функции заключается в инициализации нескольких переменных-членов, она не дает сбоев и поэтому ничего не возвращает (void). InitializeCriticalSection должна быть вызвана до того, как один иэ потоков обратится к EnterCriticalSection. В документации Platform SDK недвусмысленно сказано, что попытка воспользоваться неинициализированной критической секцией даст непредсказуемые результаты.

Если Вы знаете, что структура CRITICAL_SECTION больше не понадобится ни одному потоку, удалите ее, вызвав DeleteCriticalSection:

VOID DeleteCriticalSection(PCRITICAL__SECTION pcs);

Она сбрасывает все переменные-члены внутри этой структуры. Естественно, нельзя удалять критическую секцию в тот момент, когда ею все еще пользуется какой-либо поток. Об этом нас предупреждают и в документации Platform SDK.

Участок кода, работающий с разделяемым ресурсом, предваряется вызовом:

VOID EnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);



Первое, что делает EnterCriticalSection, — исследует значения элементов структуры CRITICAL_SECTION. Если ресурс занят, в них содержатся сведения о том, какой поток пользуется ресурсом. EnterCriticalSection выполняет следующие действия.

  • Если ресурс свободен, EnterCriticalSection модифицирует элементы структуры, указывая, что вызывающий поток занимает ресурс, после чего немедленно возвращает управление, и поток продолжает свою работу (получив доступ к ресурсу).
  • Если значения элементов структуры свидетельствуют, что ресурс уже захвачен вызывающим потоком, EnterCriticalSection обновляет их, отмечая тем самым, сколько раз подряд этот поток захватил ресурс, и немедленно возвращает управление. Такая ситуация бывает нечасто — лишь тогда, когда поток два раза подряд вызывает EnterCriticalSection без промежуточного вызова LeaweCritical Section.
  • Если значения элементов структуры указывают на то, что ресурс занял другим потоком, EnterCriticalSection переводит вызывающий поток в режим ожидания. Это потрясающее свойство критических секций: поток, пребывая в ожидании, не тратит ни кванта процессорного времени.


    Система запоминает, что данный поток хочет получить доступ к ресурсу, и - как только поток, занимавший этот ресурс, вызывает LeaveCriticalSection — вновь начинает выделять нашему потоку процессорное время. При этом она передает ему ресурс, автоматически обновляя элементы структуры CRITICAL_SECTION.


    • Внутреннее устройство EnterCriticalSection не слишком сложно; она выполняет лишь несколько простых операций. Чем она действительно ценна, так это способностью выполнять их на уровне атомарного доступа. Даже если два потока на много процессорной машине одновременно вызовут EnterCriticalSection, функция все равно корректно справится со своей задачей: один поток получит ресурс, другой — перейдет в ожидание.

    Поток, переведенный EnterCriticalSection в ожидание, может надолго лишиться доступа к процессору, а в плохо написанной программе — даже вообще не получить его. Когда именно так и происходит, говорят, что поток "голодает".

    WINDOWS 2000
    В действительности потоки, ожидающие освобождения критической секции, никогда не блокируются "навечно" EnterCriticalSection устроена так, что по истечении определенного времени, генерирует исключение. После этого Вы можете подключить к своей программе отладчик и посмотреть, что в ней слу чилось. Длительность времени ожидания функцией EnterCriticaiSection опреде ляется значением параметра CriticalSectionTimeout, который хранится в следу ющем разделе системного реестра:

    HKEY_LOCAL_MACHlNE\System\CurrentControlSet\Control\Session Manager

    Длительность времени ожидания измеряется в секундах и по умолчанию равна 2 592 000 сскунд (что составляет ровно 30 суток). Не устанавливайте слишком малое значение этого параметра (например, менее 3 секунд), так как иначе Вы нарушиге работу других потоков и приложений, которые обычно ждут освобождения критической секции дольше трех секунд.

    Вместо EnterCriticalSection Вы можете воспользоваться:

    BOOL TryEnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTIQN pcs);

    Эта функция никогда не приостанавливает выполнение вызывающего потока.


    Но возвращаемое ею значение сообщает, получил ли этот поток доступ к ресурсу. Если при ее вызове указанный ресурс занят другим потоком, она возвращает FALSE.

    TryEnterCriticalSection позволяет потоку быстро проверить, доступен ли ресурс, и ссли нет, папяться чем-нибудь другим. Если функция возвращает TRUE, значит, она обновила элементы структуры CRITICAL_SECTION так, чтобы они сообщали о захвате ресурса вызывающим потоком. Отсюда следует, что для каждого вызова функции TryEnterCriticalScction, где она возвращает TRUE, надо предусмотреть парный вызов LeaveCriticalSection.

    WINDOWS 2000
    В Windows 98 функция TryEnterCriticalSection определена, но не реализована. При ее вызове всегда возвращается FALSE.

    В конце участка кода, использующего разделяемый ресурс, должен присутствовать вызов.

    VOID LeaveCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);

    Эта функция просматривает элементы структуры CRITICAL_SECTION и уменьшает счетчик числа захватов ресурса вызывающим потоком на 1. Если его значение больше 0, LeaveCriticalSection ничего не делает и просто возвращает управление.

    Если значение счетчика достигло 0, LeaveCnitcalSection сначала выясняет, есть ли в системе другие потоки, ждущие данный ресурс в вызове EnlerCriticalSection. Если есть хотя бы один такой поток, функция настраивает значения элементов структуры, что бы они сигнализировали о занятости ресурса, и отдает его одному из ждущих потоков (поток выбирается "по справедливости"). Если же ресурс никому не нужен, Leave CriticalSection соответственно сбрасывает элементы структуры.

    Как и EnterCriticalSection, функция LeaveCriticalSection выполняет все действия на уровне атомарного доступа. Однако LeaveCrjticalSection никогда не приостанавливает поток, а управление возвращает немедленно.


    Содержание раздела