Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Убедитесь в том, что каждый критический участок кода имеет только одну точку входа, в которой поток блокирует мьютекс, и только одну точку выхода, в которой поток освобождает мьютекс. Избегайте использования сложных операторов ветвления и таких операторов, как break, return или goto, предоставляющих возможность выхода за пределы критического участка кода. Для защиты от подобных рисков оказываются удобными обработчики завершения.

• Если требуемая логика работы программы приводит к чрезмерному разрастанию критического участка кода (скажем, его размер превышает одну страницу), попробуйте разместить этот код в отдельной функции, чтобы можно было легко понять схему синхронизации. Так, целесообразно выделить в отдельную функцию код, предназначенный для удаления узла из сбалансированного дерева поиска, пока дерево остается блокированным.

Ранее уже было продемонстрировано, что функции InterlockedIncrement и InterlockedDecrement могут пригодиться в тех случаях, когда все, что требуется — это выполнение простейших операций над переменными, доступ к которым разделяется несколькими потоками. Используя некоторые другие функции, вы можете выполнять атомарные операции, позволяющие осуществлять сравнение и обмен значениями пар переменных.

Функции взаимоблокировки настолько же полезны, насколько и эффективны; эти функции реализуются в пользовательском пространстве с применением всего лишь нескольких машинных команд.

Функция InterlockedExchange сохраняет значение одной переменной в другой.

LONG InterlockedExchange(LPLONG Target, LONG Value)

Эта функция возвращает текущее значение переменной, на которую указывает параметр Target, и устанавливает значение этой переменной равным Value. Функция InterlockedExchangeAdd прибавляет второе значение к первому.

LONG InterlockedExchangeAdd(PLONG Addend, LONG Increment)

Значение Increment прибавляется к значению переменной, на которую указывает параметр Addend, а начальное значение этой переменной возвращается функцией. Данная функция позволяет увеличивать значение переменной на 2 (и более) атомарным образом, чего невозможно добиться последовательными вызовами функции InterlockedIncrement.

Последняя из функций этой группы, которую мы рассмотрим — это функция InterlockedCompareExchange, аналогичная функции InterlockedExchange, если не считать того, что обмен значениями осуществляется лишь в случае равенства сравниваемых значений.

PVOID InterlockedCompareExchange(PVOID *Destination, PVOID Exchange, PVOID Comparand)

Эта функция выполняет атомарным образом следующие действия (использование типа данных PVOID для двух последних параметров может казаться вам непонятным):

Temp = *Destination;

if (*Destination == Comparand) *Destination = Exchange;

return Temp;

Одним из вариантов применения этой функции является управление блокировкой с целью реализации критического участка кода. *Destination является переменной блокировки (lock variable), причем значению 1 соответствует разблокированное состояние, а значению 0 — блокированное. Значение Exchange задается равным 0, a Comparand — 1. Вызывающему потоку известно, что она владеет критическим участком, если функция возвращает 1. В противном случае вызывающий поток должен "уснуть", или выполнить ожидание в состоянии занятости ("spin"), то есть совершать в течение короткого промежутка времени цикл, в котором ничего не делается, с той только целью, чтобы выждать некоторое время, а затем вновь повторить попытку. По существу, именно такой цикл и выполняет функция EnterCriticalSection, ожидая перехода в сигнальное состояние объекта CRITICAL_SECTION с ненулевым значением спин-счетчика; для получения более подробной информации по этому вопросу обратитесь к главе 9.

Программа 9.1, приведенная в следующей главе, позволяет исследовать различные аспекты производительности в условиях, когда несколько потоков соревнуются между собой за право обладания разделяемыми ресурсами. Аналогичные эффекты будут наблюдаться и в случае, когда потоки привлекаются для управления памятью с использованием функций malloc и free из многопоточной стандартной библиотеки С, поскольку эти функции используют объекты CRITICAL_SECTION для синхронизации доступа к структуре данных кучи (вы можете в этом сами убедиться, просмотрев исходный код библиотеки С). Ниже описаны два возможных способа улучшения производительности.

• Каждый поток, управляющий памятью, может создать дескриптор типа HANDLE для собственной кучи с помощью функции HeapCreate (глава 5). После этого для распределения памяти вместо функций malloc и free можно использовать функции HeapAlloc и HeapFree.