Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

1. Функция GetProcessIdOfThread, требующая использования Windows Server 2003, позволяет получать идентификатор процесса, которому принадлежит поток, по известному дескриптору потока. Вы могли бы задействовать эту функцию в программах, предназначенных для управления потоками, принадлежащими другим процессам, или взаимодействия с такими потоками. Если необходимо получить дескриптор процесса, применяйте для этого функцию OpenProcess.

2. Функция GetThreadIOPendingFlag позволяет определить, имеются ли у потока, на который указывает дескриптор, необслуженные запросы ввода/вывода. Например, поток мог быть заблокирован во время выполнения операции ReadFile. В качестве результата возвращается состояние потока во время выполнения данной функции; фактическое состояние может в любой момент измениться, если целевой поток завершает или начинает выполнение операции. Эта функция требует использования NT 5.1 и поэтому доступна лишь в Windows XP или Windows Server 2003.

Приостановка и возобновление выполнения потока

Для каждого потока поддерживается счетчик приостановок (suspend count), и выполнение потока может быть продолжено лишь в том случае, если значение этого счетчика равно 0. Поток может увеличивать или уменьшать значение счетчика приостановок другого потока с помощью функций SuspendThread и Resume-Thread. Вспомните, что поток можно создать в приостановленном состоянии со счетчиком приостановок равным 1. 

DWORD ResumeThread(HANDLE hThread)

DWORD SuspendThread(HANDLE hThread) 

В случае успешного выполнения обе функции возвращают предыдущее значение счетчика приостановок, иначе — 0xFFFFFFFF.

Ожидание завершения потока

Поток может дожидаться завершения выполнения другого потока точно так же, как потоки могут дожидаться завершения процесса, что обсуждалось в главе 6. В этом случае при вызове функций ожидания (WaitForSingleObject и WaitForMultipleObjects) вместо дескрипторов процессов следует использовать дескрипторы потоков. Заметьте, что не все дескрипторы в массиве, передаваемом функции WaitForMultipleObjects, должны быть обязательно одного и того же типа; например, в одном вызове могут быть одновременно указаны дескрипторы потоков, процессов и других объектов.

Допустимое количество объектов, одновременно ожидаемых функцией WaitForMultipleObjects, ограничено значением MAXIMUM_WAIT_OBJECTS (64), но при большом количестве потоков можно воспользоваться серией вызовов функций ожидания. Эта техника уже была продемонстрирована в программе 6.1; программы, приведенные в книге, ожидают завершения выполнения одиночных объектов, но на Web-сайте приведены полные решения.

Функция ожидания дожидается, пока объект, указанный дескриптором, не перейдет в сигнальное состояние. В случае потоков объект потока переводится в сигнальное состояние при помощи функций ExitThread и TerminateThread, что приводит к освобождению всех других потоков, дожидающихся перехода данного объекта в сигнальное состояние, включая и те потоки, которые могли оставаться в состоянии ожидания и впоследствии, после того, как поток завершится. Дескриптор потока, перешедший в сигнальное состояние, не выходит из этого состояния. То же самое остается справедливым и по отношению к дескрипторам процессов, но не относится к дескрипторам некоторых других объектов, например, мьютексов и событий (описываются в следующей главе).

Заметьте, что дожидаться перехода в сигнальное состояние одного и того же объекта могут одновременно несколько потоков. Аналогично, функция ExitProcess переводит в сигнальное состояние как сам процесс, так и все его потоки.

Удаленные потоки

Функция CreateRemoteThread позволяет создавать потоки, выполняющиеся в другом процессе. По сравнению с функцией CreateThread в ней имеется один дополнительный параметр для указания дескриптора процесса, а адрес функции, задающий начальный адрес нового потока, должен находиться в адресном пространстве целевого процесса. Использование функции CreateRemoteThread относится к числу интересных, однако рискованных способов непосредственного воздействия одним процессом на другой, и может пригодиться, например, при написании отладчиков. 

У функции CreateRemoteThread есть одно очень интересное применение. Вместо того чтобы вызывать функцию TerminateProcess, управляющий процесс может создать поток, выполняющийся в другом процессе, который и организует корректное завершение этого процесса. Однако в главе 10 демонстрируется более безопасный метод, позволяющий одному потоку завершить другой с использованием асинхронного вызова процедур. 

Понятие о потоках твердо упрочилось во многих ОС, и исторически так сложилось, что многие поставщики и пользователи UNIX предоставляли собственные частные варианты их реализации. Были разработаны некоторые библиотеки, обеспечивающие многопоточную поддержку вне ядра. В настоящее время стандартом в этой области являются потоки POSIX Pthreads. Потоки Pthreads включены в частные варианты реализации UNIX и Linux и иногда считаются частью UNIX. Соответствующие системные вызовы отличаются от обычных системных вызовов UNIX наличием в именах префикса pthread. Потоки Pthreads поддерживаются также некоторыми другими системами, отличными от UNIX, такими, например, как Open VMS.

Системный вызов pthread_create эквивалентен вызову CreateThread, a системный вызов pthread_exit — вызову ExitThread. Для организации ожидания одним потоком завершения другого применяется системный вызов pthread_join. Потоки Pthreads предоставляют очень полезную функцию pthread_cancel, гарантирующую, в отличие от функции TerminateThread, выполнение обработчиков завершения и уничтожение ненужных дескрипторов. Возможность уничтожения потоков была бы в Windows крайне желательной, но в главе 10 представлен метод, обеспечивающий получение такого же эффекта.

Использование библиотеки С впотоках

В большинстве программ требуется библиотека С, хотя бы для того, чтобы обеспечить выполнение операций над строками. Исторически так сложилось, что библиотека С была рассчитана на применение в однопоточных процессах, поэтому для хранения промежуточных результатов многие функции используют области глобальной памяти. Подобные библиотеки, в которых отсутствует многопоточная поддержка, не являются безопасными (thread-safe) с точки зрения одновременного выполнения нескольких потоков, поскольку, например, одновременно две независимые потоки могут пытаться получить доступ к библиотеке и изменить данные, содержащиеся в ее глобальной памяти. Принципы проектирования многопоточных программ будут вновь обсуждаться в главе 8, в которой описывается синхронизация объектов Windows.

Пример функции strtok показывает, почему при написании некоторых функций библиотеки С не учитывалась многопоточная поддержка. Функция strtok, просматривающая строку в поиске очередного вхождения определенной лексемы, поддерживает сохранение состояния (persistent state) между последовательными вызовами функции, и это состояние хранится в области статической памяти, совместный доступ к которой имеют все потоки, вызывающие эту функцию. 

Microsoft С решает эту проблему, предлагая реализацию библиотеки С под названием LIBCMT.LIB, которая обеспечивает многопоточную поддержку. Однако, это еще не все. Вы не должны использовать функцию CreateThread; для запуска потока и создания специфической для него области рабочей памяти библиотеки LIBCMT.LIB необходимо пользоваться специальной функцией С, а именно, функцией _beginthreadex. Для завершения потока вместо функции ExitThread применяется функция _endthreadex.

Примечание

В качестве упрощенного варианта функции _beginthreadex предусмотрена функция _beginthread, однако использовать ее не рекомендуется. Прежде всего, функция _beginthread не имеет ни атрибутов, ни флагов защиты и не возвращает идентификатор потока. Более того, в действительности она закрывает дескриптор потока, который создает, в результате чего возвращенное значение дескриптора может оказаться недействительным на момент его сохранения родительским потоком. Не следует вызывать и функцию _endthread; она не позволяет пользоваться возвращаемым значением.

Аргументы функции _beginthreadex в точности совпадают с аргументами функций Windows, однако типы данных Windows для этой функции не определены, и поэтому тип возвращаемого значения функции _beginthread необходимо привести к типу HANDLE, что позволит избежать появления предупреждающих сообщений. Убедитесь в том, что определение символической константы _МТ предшествует любому из включаемых файлов; в примерах программ это определение содержится в файле Envirmnt.h. Больше от вас ничего не требуется. Резюмируя, перечислим действия, которые вы должны выполнить, если имеете дело со средой разработки Visual C++.

• Подключите библиотеку LIBCMT.LIB и откажитесь от использования библиотеки, заданной по умолчанию.