Синхронізація процесів в інформатиці — приведення двох або декількох процесів або потоків (нитей) до такого їхнього протікання, коли певні стадії різних процесів здійснюються в певному порядку, або одночасно, для уникнення конкуренції потоків або взаємного блокування. Загальна ідея полягає в тому, що в певних точках процесам необхідно разом домовитися про певний порядок дій зі спільними ресурсами.
Синхронізація необхідна у випадках, коли паралельно протікаючим процесам (або потокам одного процесу) необхідна взаємодія.
Засоби синхронізації
Найпоширеніші засоби синхронізації такі:
Синхронізація у Windows
Для синхронізації потоків у Windows передбачено ряд функцій синхронізації.
Синхронізація з одним об'єктом
Найпростішою функцією, яка очікує завершення переходу заданого об’єкта у сигнальний стан, є WaitForSingleObject.
Її опис мовою C[1]:
DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
__in HANDLE hHandle,
__in DWORD dwMilliseconds
);
Опис мовою Delphi[2]:
function WaitForSingleObject(
hHandle: THandle; // Дескриптор об’єкта
dwMilliseconds: DWORD // Час очікування
): DWORD;
Функція очікує переходу об'єкта з дескриптором hHandle у сигнальний стан протягом dwMilliseconds мілісекунд. Якщо цим параметром передати значення INFINITE, функція буде чекати протягом необмеженого часу. Якщо dwMilliseconds дорівнює 0, то функція перевіряє стан об'єкта й негайно повертає керування. Дескриптор повинен бути відкритий з правом доступу SYNCHRONIZE.
Функція повертає одне з перелічених у таблиці значень.
Значення
|
Опис
|
WAIT_OBJECT_0
|
Об'єкт перейшов у сигнальний стан
|
WAIT_ABANDONED
|
Означає, що заданий об’єкт є м'ютексом, і потік, який володів ним, завершився, не звільнивши його. Власником м'ютекса стає викликаючий потік, а сам м'ютекс переводиться у несигнальний стан
|
WAIT_TIMEOUT
|
Вийшов час очікування
|
WAIT_FAILED
|
Відбулася помилка (наприклад, невірне значення hHandle)
|
Приклад використання функції WaitForSingleObject
Тут подано приклад коду, який створює новий процес, запускаючи стандартний текстовий редактор "Блокнот" (Notepad), і чекає на його завершення (приклад подано мовою Delphi)[2].
var
PI : TProcessInformation;
SI : TStartupInfo;
begin
(* ............................ *)
FillChar(SI, Sizeof(SI), #0);
SI.cb := SizeOf(SI);
if not CreateProcess('c:\windows\system32\notepad.exe', nil, nil, nil, false, NORMAL_PRIORITY_CLASS, nil, nil, SI, PI) then
MessageBox(Handle, 'Не вдалося створити процес.', '',
MB_OK or MB_ICONERROR);
WaitForSingleObject(PI.hProcess, INFINITE);
Синхронізація кількох об'єктів
Для синхронізації кількох об'єктів використовують фунцію API WaitForMultipleObjects. ЇЇ опис мовою C[3]:
DWORD WINAPI WaitForMultipleObjects(
__in DWORD nCount,
__in const HANDLE *lpHandles,
__in BOOL bWaitAll,
__in DWORD dwMilliseconds
);
Опис мовою Delphi[2]:
function WaitForMultipleObjects(
nCount: DWORD; // Кількість об’єктів
lpHandles: PWOHandleArray; // Адреса масиву об’єктів
bWaitAll: BOOL; // Чи чекати всі об’єкти
dwMilliseconds: DWORD // Період очікування
): DWORD;
Вказівник lpHandles посилається на масив, який містить дескриптори об’єктів очікування. Параметр nCount задає кількість елементів цього масиву. Якщо параметру bWaitAll задати значення true, функція очікуватиме на перехід у сигнальний стан усіх перелічених у масиві lpHandles об’єктів. Коли цей параметр дорівнює false, функція чекатиме на сигнальний стан одного з них. Параметр dwMilliseconds задає час очікування (як для функції WaitForSingleObject). Дескриптори повинні мати право доступу SYNCHRONIZE.
Функція повертає одне з перелічених у таблиці значень.
|
Значення
|
Опис
|
Число в діапазоні від WAIT_OBJECT_0 до WAIT_OBJECT_0 + nCount – 1
|
Якщо bWaitAll дорівнює true, то це число означає, що всі об’єкти перейшли у сигнальний стан. Якщо false, то віднявши від отриманого значення WAIT_OBJECT_0, отримаємо індекс елемента масиву lpHandles, який перейшов у сигнальний стан
|
Число в діапазоні від WAIT_ABANDONED_0 до WAIT_ABANDONED_0 + nCount – 1
|
Якщо bWaitAll дорівнює true, то це означає, що всі об’єкти перейшли у сигнальний стан, але хоча б один з потоків, який володів ними, завершився, залишивши м'ютекс. Якщо false, то віднявши від результату значення WAIT_ABANDONED_0, отримаємо індекс елемента масиву lpHandles, який відповідає залишеному м'ютексу. Власником м'ютекса стає викликаючий потік, а сам м'ютекс переводиться у несигнальний стан
|
WAIT_TIMEOUT
|
Вийшов час очікування
|
WAIT_FAILED
|
Сталася помилка
|
Приклад очікування кількох об'єктів
Очікування на завершення роботи трьох потоків з відомими дескрипторами (hThreadX) можна реалізувати так (код мовою Delphi)[2]:
var Handles : array[0..2] of THandle;
............................................
Handles[0] := hThread1;
Handles[1] := hThread2;
Handles[2] := hThread3;
WaitForMultipleObjects(3, @Handles, true, INFINITE);
Очікування з обробкою повідомлень
Функції WaitForSingleObject та WaitForMultipleObjects повністю зупиняють роботу викликаючого потоку, включаючи й стандартну обробку повідомлень графічної підсистеми Windows, тому програма не може навіть перемалювати своє вікно.
Тому функції WaitForSingleObject та WaitForMultipleObjects варто використовувати, коли час очікування невеликий. Якщо ж затримка значна, слід дати можливість програмі обробляти деякі системні повідомлення. Для цього можна використати функцію MsgWaitForMultipleObjects. Її опис мовою C[4]:
DWORD WINAPI MsgWaitForMultipleObjects(
__in DWORD nCount,
__in const HANDLE *pHandles,
__in BOOL bWaitAll,
__in DWORD dwMilliseconds,
__in DWORD dwWakeMask
);
Опис мовою Delphi[2]:
function MsgWaitForMultipleObjects(
nCount: DWORD; // Кількість об’єктів синхронізації
var pHandles; // Адреса масиву об’єктів
fWaitAll: BOOL; // Чи чекати на всі об’єкти
dwMilliseconds, // Період очікування
dwWakeMask: DWORD // Тип події, яка перериває очікування
): DWORD;
Основна відмінність цієї функції від функції WaitForMultipleObjects – параметр dwWakeMask, який є комбінацією бітових прапорів QS_XXX і задає типи повідомлень, які перериватимуть очікування незалежно від стану очікуваних об'єктів. Наприклад, маска QS_KEY дозволяє перервати очікування з появою в черзі повідомлень від клавіатури, маска QS_MOUSE забезпечує реакцію на повідомлення миші, а маска QS_PAINT – повідомлення перемальовування WM_PAINT. З появою в черзі викликаючого потоку повідомлень, які відповідають заданій масці, функція повертає значення WAIT_OBJECT_0 + nCount. Отримавши таке значення, програма може обробити його й знову викликати функцію очікування.
Примітки
Дивись також