На этом шаге мы рассмотрим критические секции и приведем пример их использования.
Критическая секция - это фрагмент программы, защищенный от одновременного выполнения несколькими потоками. Критическую секцию в данный момент может выполнять только один поток. Рассмотрим функции для работы с критической секцией.
InitializeCriticaiSection - данная функция создает объект под названием критическая секция. Параметры функции:
CRITICAL_SECTION STRUCT DebugInfo DWORD ? LockCount LONG ? RecursionCount LONG ? OwningThread HANDLE ? LockSemaphore HANDLE ? SpinCount DWORD ? CRITICAL_SECTION ENDS
EnterCriticalSection - войти в критическую секцию. После выполнения этой функции данный поток становится владельцем данной секции. Следующий поток, вызвав данную функцию, будет находиться в состоянии ожидания. Параметр функции такой же, что и в предыдущей функции.
LeaveCriticalSection - покинуть критическую секцию. После этого второй поток, который был остановлен функцией EnterCriticalSection, станет владельцем критической секции. Параметр функции LeaveCriticalSection такой же, как и у предыдущих функций.
DeleteCriticalSection - удалить объект "критическая секция". Параметр аналогичен предыдущим.
Программно можно определить несколько объектов критической секции, с которыми будут работать несколько потоков. Мы не зря, говоря о критических секциях, упоминаем только потоки. Разные процессы не могут использовать данный объект синхронизации.
Теперь рассмотрим пример использования критической секции. Изложим идею, положенную в основу примера. Два потока обращаются время от времени к процедуре, выводящей очередной символ из строки в окно. В результате такой конкурентной деятельности должна быть напечатана строка. Часть процедуры, выводящей очередной символ, сделана критической, поэтому доступ к выводу в окно в данный момент имеет только один поток.
Файл pr68_1.inc:
;Константы. ;Сообщение приходит при закрытии окна. WM_DESTROY equ 2 ;Сообщение приходит при создании окна. WM_CREATE equ 1 ;Сообщение при щелчке левой кнопкой мыши в области окна. WM_LBUTTONDOWN equ 201h ;Сообщение при щелчке правой кнопкой мыши в области окна. WM_RBUTTONDOWN equ 204h ;Свойства окна. CS_VREDRAW equ 1h CS_HREDRAW equ 2h CS_GLOBALCLASS equ 4000h WS_OVERLAPPEDWINDOW equ 000CF0000H stylcl equ CS_HREDRAW+CS_VREDRAW+CS_GLOBALCLASS DX0 equ 300 DY0 equ 200 ;Компоненты цветов. RED equ 50 GREEN equ 50 BLUE equ 255 RGBW equ (RED or (GREEN shl 8)) or (BLUE shl 16) RGBT equ 255 ;Красный. ;Идентификатор стандартной пиктограммы. IDI_APPLICATION equ 32512 ;Иидентификатор курсора. IDC_CROSS equ 32515 ;Режим показа окна - нормальный. SW_SHOWNORMAL equ 1 ;Прототипы внешних процедур. IFDEF MASM EXTERN Sleep@4:NEAR EXTERN CreateThread@24:NEAR EXTERN InitializeCriticalSection@4:NEAR EXTERN EnterCriticalSection@4:NEAR EXTERN LeaveCriticalSection@4:NEAR EXTERN DeleteCriticalSection@4:NEAR EXTERN GetTextExtentPoint32A@16:NEAR EXTERN CreateWindowExA@48:NEAR EXTERN DefWindowProcA@16:NEAR EXTERN DispatchMessageA@4:NEAR EXTERN ExitProcess@4:NEAR EXTERN GetMessageA@16:NEAR EXTERN GetModuleHandleA@4:NEAR EXTERN LoadCursorA@8:NEAR EXTERN LoadIconA@8:NEAR EXTERN PostQuitMessage@4:NEAR EXTERN RegisterClassA@4:NEAR EXTERN ShowWindow@8:NEAR EXTERN TranslateMessage@4:NEAR EXTERN UpdateWindow@4:NEAR EXTERN TextOutA@20:NEAR EXTERN CreateSolidBrush@4:NEAR EXTERN SetBkColor@8:NEAR EXTERN SetTextColor@8:NEAR EXTERN GetDC@4:NEAR EXTERN DeleteDC@4:NEAR ELSE EXTERN Sleep:NEAR EXTERN CreateThread:NEAR EXTERN InitializeCriticalSection:NEAR EXTERN EnterCriticalSection:NEAR EXTERN LeaveCriticalSection:NEAR EXTERN DeleteCriticalSection:NEAR EXTERN GetTextExtentPoint32A:NEAR EXTERN CreateWindowExA:NEAR EXTERN DefWindowProcA:NEAR EXTERN DispatchMessageA:NEAR EXTERN ExitProcess:NEAR EXTERN GetMessageA:NEAR EXTERN GetModuleHandleA:NEAR EXTERN LoadCursorA:NEAR EXTERN LoadIconA:NEAR EXTERN PostQuitMessage:NEAR EXTERN RegisterClassA:NEAR EXTERN ShowWindow:NEAR EXTERN TranslateMessage:NEAR EXTERN UpdateWindow:NEAR EXTERN TextOutA:NEAR EXTERN CreateSolidBrush:NEAR EXTERN SetBkColor:NEAR EXTERN SetTextColor:NEAR EXTERN GetDC:NEAR EXTERN DeleteDC:NEAR Sleep@4 = Sleep CreateThread@24 = CreateThread InitializeCriticalSection@4 = InitializeCriticalSection EnterCriticalSection@4 = EnterCriticalSection LeaveCriticalSection@4 = LeaveCriticalSection DeleteCriticalSection@4 = DeleteCriticalSection GetTextExtentPoint32A@16 = GetTextExtentPoint32A CreateWindowExA@48 = CreateWindowExA DefWindowProcA@16 = DefWindowProcA DispatchMessageA@4 = DispatchMessageA ExitProcess@4 = ExitProcess GetMessageA@16 = GetMessageA GetModuleHandleA@4 = GetModuleHandleA LoadCursorA@8 = LoadCursorA LoadIconA@8 = LoadlconA PostQuitMessage@4 = PostQuitMessage RegisterClassA@4 = RegisterClassA ShowWindow@8 = ShowWindow TranslateMessage@4 = TranslateMessage UpdateWindow@4 = UpdateWindow TextOutA@20 = TextOutA CreateSolidBrush@4 = CreateSolidBrush SetBkColor@8 = SetBkColor SetTextColor@8 = SetTextColor GetDC@4 = GetDC DeleteDC@4 = DeleteDC ENDIF ;Структуры. ;Структура сообщения. MSGSTRUCT STRUC MSHWND DD ? ;Идентификатор окна, получающего сообщение. MSMESSAGE DD ? ;Идентификатор сообщения. MSWPARAM DD ? ;Доп. информация о сообщении. MSLPARAM DD ? ;Доп. информация о сообщении. MSTIME DD ? ;Время посылки сообщения. MSPT DD ? ;Положение курсора во время посылки сообщения. MSGSTRUCT ENDS ;----------------------------------- WNDCLASS STRUC CLSSTYLE DD ? CLSLPFNWNDPROC DD ? CLSCBCLSEXTRA DD ? CLSCBWNDEXTRA DD ? CLSHINSTANCE DD ? CLSHICON DD ? CLSHCURSOR DD ? CLSHBRBACKGROUND DD ? MENNAME DD ? CLSNAME DD ? WNDCLASS ENDS ;Структура для работы с критической секцией. CRIT STRUC DD ? DD ? DD ? DD ? DD ? DD ? CRIT ENDS ;Структура для определения длины текста. SIZET STRUC X1 DWORD ? Y1 DWORD ? SIZET ENDS
Файл pr68_1.asm:
.386P ;Плоская модель. .MODEL FLAT, STDCALL include pr68_1.inc ;Директивы компоновщику для подключения библиотек. IFDEF MASM ;Для компоновщика LINK.EXE. includelib \masm32\lib\user32.lib includelib \masm32\lib\kernel32.lib includelib \masm32\lib\gdi32.lib ELSE ;Для компоновщика TLINK32.EXE. includelib c:\tasm32\lib\import32.lib ENDIF ;------------------------------------------------ ;Сегмент данных. _DATA SEGMENT DWORD PUBLIC USE32 'DATA' NEWHWND DD 0 MSG MSGSTRUCT <?> WC WNDCLASS <?> SZT SIZET <?> HINST DD 0 ;Дескриптор приложения. TITLENAME DB 'Вывод в окно двумя потоками',0 NAM DB 'CLASS32',0 XT DWORD 30 YT DWORD 30 HW DD ? DC DD ? TEXT DB 'Текст в окне красный',0 SPA DB ' ' DB ' ',0 IND DD 0 SK CRIT <?> THR1 DD ? THR2 DD ? FLAG1 DD 0 FLAG2 DD 0 _DATA ENDS ;Сегмент кода. _TEXT SEGMENT DWORD PUBLIC USE32 'CODE' START: ;Получить дескриптор приложения. PUSH 0 CALL GetModuleHandleA@4 MOV [HINST], EAX ;------------------------------------- REG_CLASS: ;Заполнить структуру окна. ;Стиль. MOV [WC.CLSSTYLE],stylcl ;Процедура обработки сообщений. MOV [WC.CLSLPFNWNDPROC],OFFSET WNDPROC MOV [WC.CLSCBCLSEXTRA],0 MOV [WC.CLSCBWNDEXTRA],0 MOV EAX,[HINST] MOV [WC.CLSHINSTANCE],EAX ;Пиктограмма окна. PUSH IDI_APPLICATION PUSH 0 CALL LoadIconA@8 MOV [WC.CLSHICON], EAX ;Курсор окна. PUSH IDC_CROSS PUSH 0 CALL LoadCursorA@8 MOV [WC.CLSHCURSOR], EAX PUSH RGBW ;Цвет кисти. CALL CreateSolidBrush@4 ;Создать кисть. MOV [WC.CLSHBRBACKGROUND],EAX MOV DWORD PTR [WC.MENNAME],0 MOV DWORD PTR [WC.CLSNAME],OFFSET NAM PUSH OFFSET WC CALL RegisterClassA@4 ;Создать окно зарегистрированного класса. PUSH 0 PUSH [HINST] PUSH 0 PUSH 0 PUSH DY0 ; DY0 - высота окна. PUSH DX0 ; DX0 - ширина окна. PUSH 100 ; Координата Y. PUSH 100 ; Координата X. PUSH WS_OVERLAPPEDWINDOW PUSH OFFSET TITLENAME ;Имя окна. PUSH OFFSET NAM ;Имя класса. PUSH 0 CALL CreateWindowExA@48 ;Проверка на ошибку. CMP EAX,0 JZ _ERR MOV [NEWHWND], EAX ;Дескриптор окна. ;------------------------------------- PUSH SW_SHOWNORMAL PUSH [NEWHWND] CALL ShowWindow@8 ;Показать созданное окно. PUSH [NEWHWND] CALL UpdateWindow@4 ;Перерисовать видимую ;часть окна. ;Петля обработки сообщений. MSG_LOOP: PUSH 0 PUSH 0 PUSH 0 PUSH OFFSET MSG CALL GetMessageA@16 CMP AX, 0 JE END_LOOP PUSH OFFSET MSG CALL TranslateMessage@4 PUSH OFFSET MSG CALL DispatchMessageA@4 JMP MSG_LOOP END_LOOP: ;Выход из программы (закрыть процесс). PUSH [MSG.MSWPARAM] CALL ExitProcess@4 _ERR: JMP END_LOOP ;------------------------------------- ;------------------------------------- ;Процедура окна. ;Расположение параметров в стеке: ;[ЕВР+014Н] LPARAM ;[ЕВР+10Н] WAPARAM ;[ЕВР+0СН] MES ;[ЕВР+8] HWND WNDPROC PROC PUSH EBP MOV EBP, ESP PUSH EBX PUSH ESI PUSH EDI CMP DWORD PTR [EBP+0CH],WM_DESTROY JE WMDESTROY CMP DWORD PTR [EBP+0CH],WM_CREATE JE WMCREATE CMP DWORD PTR [EBP+0CH],WM_LBUTTONDOWN JNE CONTIN ;Проверить флаг запуска. CMP FLAG1,0 JNE DEFWNDPROC MOV FLAG1,1 ;Инициализировать указатели. LEA EAX,TEXT MOV IND,EAX MOV XT,30 ;Запуск первого потока. PUSH OFFSET THR1 PUSH 0 PUSH EAX PUSH OFFSET THREAD1 PUSH 0 PUSH 0 CALL CreateThread@24 ;Запуск второго потока. PUSH OFFSET THR2 PUSH 0 PUSH EAX PUSH OFFSET THREAD2 PUSH 0 PUSH 0 CALL CreateThread@24 JMP DEFWNDPROC CONTIN: CMP DWORD PTR [EBP+0CH],WM_RBUTTONDOWN JNE DEFWNDPROC ;Проверить флаг запуска. CMP FLAG2,0 JNE DEFWNDPROC MOV FLAG2,1 ;Инициализировать указатели. LEA EAX,SPA MOV IND,EAX MOV XT,30 ;Запуск первого потока. PUSH OFFSET THR1 PUSH 0 PUSH EAX PUSH OFFSET THREAD1 PUSH 0 PUSH 0 CALL CreateThread@24 ;Запуск второго потока. PUSH OFFSET THR2 PUSH 0 PUSH EAX PUSH OFFSET THREAD2 PUSH 0 PUSH 0 CALL CreateThread@24 JMP DEFWNDPROC WMCREATE: MOV EAX,DWORD PTR [EBP+08H] ;Запомнить дескриптор окна в глобальной переменной. MOV HW,EAX ;Инициализировать критическую секцию. PUSH OFFSET SK CALL InitializeCriticalSection@4 MOV EAX, 0 JMP FINISH DEFWNDPROC: PUSH DWORD PTR [EBP+14H] PUSH DWORD PTR [EBP+10H] PUSH DWORD PTR [EBP+0CH] PUSH DWORD PTR [EBP+08H] CALL DefWindowProcA@16 JMP FINISH WMDESTROY: ;Удалить критическую секцию. PUSH OFFSET SK CALL DeleteCriticalSection@4 PUSH 0 CALL PostQuitMessage@4 ;WM_QUIT MOV EAX, 0 FINISH: POP EDI POP ESI POP EBX POP EBP RET 16 WNDPROC ENDP ;------------------------------------- ;Вывод OUTSTR PROC ;Проверяем, не закончился ли текст. MOV EBX,IND CMP BYTE PTR [EBX],0 JNE NO_0 RET NO_0: ;Вход в критическую секцию. PUSH OFFSET SK CALL EnterCriticalSection@4 PUSH HW CALL GetDC@4 MOV DC,EAX ;Цвет фона = цвет окна. PUSH RGBW PUSH EAX CALL SetBkColor@8 ;Цвет текста (красный). PUSH RGBT PUSH DC CALL SetTextColor@8 ;Вывести текст. PUSH 1 PUSH IND PUSH YT PUSH XT PUSH DC CALL TextOutA@20 ;Вычислить длину текста в пикселях текста. PUSH OFFSET SZT PUSH 1 PUSH IND PUSH DC CALL GetTextExtentPoint32A@16 ;Увеличить указатели. MOV EAX,SZT.X1 ADD XT,EAX INC IND ;Закрыть контекст. PUSH DC CALL DeleteDC@4 ;Выход из критической секции. PUSH OFFSET SK CALL LeaveCriticalSection@4 RET OUTSTR ENDP ;------------------------------------- ;Первый поток. THREAD1 PROC L01: ;Проверить, не конец ли текста. MOV EBX,IND CMP BYTE PTR [EBX],0 JE _END1 ;Вывод очередного символа. CALL OUTSTR ;Задержка. PUSH 1000 CALL Sleep@4 JMP L01 _END1: RET 4 THREAD1 ENDP ;------------------------------------- ;Второй поток. THREAD2 PROC L02: ;Проверить, не конец ли текста. MOV EBX,IND CMP BYTE PTR [EBX],0 JE _END2 ;Вывод очередного символа. CALL OUTSTR ;Задержка. PUSH 1000 CALL Sleep@4 JMP L02 _END2: RET 4 THREAD2 ENDP _TEXT ENDS END START
Результат работы приложения изображен на рисунке 1:
Рис.1. Результат работы приложения
Трансляция программы:
ML /с /coff /DMASM pr68_1.asm LINK /SUBSYSTEM:WINDOWS pr68_1.obj
TASM32 /ml pr68_1.asm TLINK32 -aa pr68_1.obj
При нажатии левой кнопки мыши начинается вывод текстовой строки. При нажатии правой кнопки мыши - выведенная строка стирается. Флаги FLAG1 и FLAG2 введены для того, чтобы вывод строки и вывод пустой строки можно было производить только один раз. Для того чтобы несколько замедлить вывод текста, мы вводим задержку (Sleep) в цикл вызова процедуры OUTSTR в каждом потоке. Обратите внимание, что буквы выводятся в окно в основном парами. Объясняется это тем, что пока один из потоков выводит символ, второй уже ждет разрешения, и, как только первый поток выходит из критической секции, второй поток сразу выводит следующий символ. После в обоих потоках срабатывает задержка (функция Sleep).
Завершая разговор о критических секциях, отметим, что это наиболее быстрый способ синхронизации. К минусам данного подхода относится невозможность доступа к секции сразу нескольких потоков, а также отсутствие специальных средств, чтобы подсчитывать число обращений к ресурсу.
На следующем шаге мы рассмотрим взаимоисключения.