《Windows via C/C++》学习笔记 —— 内核对象的“线程同步”之“互斥内核对象”

　　互斥内核对象确保一个线程独占地访问资源。

　　互斥内核对象的行为特征和关键代码段有点类似，但是它是属于内核对象，而关键代码段是用户模式对象，这导致了互斥内核对象的运行速度比关键代码段要低。所以，在考虑线程同步问题的时候，首先考虑用户模式的对象。

　　但是，互斥内核对象可以跨进程使用，当需要实现多进程之间的线程同步，就可用考虑使用互斥内核对象。而这点，关键代码段无能为力。

　　在互斥内核对象内部，有以下一些重要的数据：

1、使用计数：表明该互斥内核对象被打开的次数。

2、线程ID

3、递归计数器

　　线程ID表明了该互斥内核对象被哪个线程所拥有，递归计数器表明了这个线程（拥有互斥对象）拥有这个互斥对象的次数。

　　互斥对象的使用规则如下

如果内部线程ID为0（或者是一个无效的线程ID），该互斥内核对象不被任何线程所拥有，会发出通知信号，即处于“已通知”状态。

如果线程ID不为0，而是一个有效的线程ID，那么该互斥内核对象就被这个线程所拥有，而且该互斥内核对象为“未通知”状态。

与其他内核对象不同的是，互斥内核对象在操作系统中有着特殊的代码，允许以不正常的规则进行使用。

　　要使用互斥内核对象，首先必须创建它：

HANDLE CreateMutex(

PSECURITY_ATTRIBUTES psa, //安全属性

BOOL bInitialOwner, //互斥对象是否开始就被调用该函数的线程所拥有

PCTSTR pszName); //该互斥内核对象的名字

　　Windows Vista中还提供了一个函数用于创建一个互斥内核对象：

HANDLE CreateMutexEx(

PSECURITY_ATTRIBUTES psa, //安全属性

PCTSTR pszName, //该互斥内核对象的名字

DWORD dwFlags, //互斥对象是否开始就被调用该函数的线程所拥有

DWORD dwDesiredAccess); //访问限制

　　第1个函数中的bInitialOwner参数如果为TRUE，则创建的互斥内核对象一开始就被调用这个函数的线程所拥有，它的线程ID被设置为该线程的ID，递归计数器被设置为1。

　　如果传递FALSE给这个参数，则互斥内核对象的线程ID和递归计数器被设置为0，表明该互斥内核对象不被任何线程所拥有，该互斥内核对象处于“已通知”状态。

　　第2个函数的dwFlags的意义和第1个函数的bInitialOwner参数其实是一样的，0就好比FALSE，CREATE_MUTEX_INITIAL_OWNER就相当于TURE。

　　这两个函数成功，返回互斥内核对象的句柄，失败返回NULL。

　　你通过“名字”来可以打开一个已经创建了的互斥内核对象：

HANDLE OpenMutex(

DWORD dwDesiredAccess, //访问限制

BOOL bInheritHandle, //是否允许返回的句柄被子进程继承

PCTSTR pszName); //名字

　　创建了一个互斥内核对象，得到了它的句柄之后，就可以让它保护资源了。

　　一个线程中（下面用T表示），在你需要访问资源之前，可以先调用“等待函数”，传递该互斥对象（下面用M表示）的句柄该这些等待函数，在等待函数内部，通过句柄查看M的线程ID，如果不为0，表明M处于“未通知”状态，线程T进入等待状态（有例外，下面会讲）。此时系统会记住这个情况，当M被其他线程释放，它的线程ID重新被设置为0的时候，系统会将一个等待在它上面的线程（比如T）的ID设置为M的线程ID，同时将M的递归计数器设置为1，允许该线程（比如T）进入可调度状态。

　　注意，对于互斥对象的线程ID的比较和设置都是以“原子”的形式进行的，所以互斥内核对象是“线程安全”的。

　　下面来讲那个例外的情况，这就是互斥内核对象允许以不正常的规则进行使用。也就是在一个互斥内核对象处于“未通知”状态的时候，一个等待在它上面的线程“或许”可以继续运行。

　　比如当前有一个处于“未通知状态”的互斥内核对象M，一个线程T（ID为X）。T调用等待函数等待M，这种情况下，通常T会进入等待状态。但是，系统查看T的ID和M的线程ID相同，都是X的情况下，线程并不会进入等待状态，而是保持在可调度状态。在线程成功等待互斥内核对象之后，互斥内核对象M的递归计数器加1。

　　也就是说，一个互斥内核对象的递归计数器要大于1，就要让线程多次等待相同的互斥内核对象。

　　一旦当前线程成功地等待到了一个互斥内核对象之后，该线程就可以独占某些资源，从而可以访问这些共享的资源了。试图访问这些资源的其他线程通过等待相同的互斥对象，就会进入等待状态之中。

　　当前线程如果对资源访问结束，必须释放互斥内核对象，使用ReleaseMutex函数：

BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex); //参数是互斥内核对象句柄

　　该函数将互斥内核对象的递归计数减1。如果一个线程多次成功地等待一个互斥内核对象，就要同样以相同的次数调用ReleaseMutex函数，从而递减其递归计数，当互斥内核对象的递归计数减为0后，其线程ID被设置为0，进入“已通知”状态。

　　当这个互斥内核对象进入“已通知”状态之时，系统查看当前是否有线程等待它，如果有，就以公平的原则选择其中一个线程，将这个互斥内核对象的线程ID设置为这个选中的线程的线程ID，互斥对象的递归计数被设置为1。

　　综合上面所叙述的，可以总结出，互斥内核对象不同于其他内核对象，就是它有一个“线程所有权”的概念，这就使得互斥内核对象比较特殊。

　　一个线程调用ReleaseMutex函数释放一个互斥对象，这时系统查看互斥对象的线程ID和这个线程的线程ID是否相同，如果相同，互斥对象的递归计数减1；否则ReleaseMutex不做任何工作，返回FALSE。

　　还有一种现象，称做“互斥对象被抛弃”。

　　假设一个互斥内核对象为一个线程所拥有，而这个线程却因为某些特殊的原因在终止，比如调用了ExitThread或TerminateThread函数，但是它在终止之前没有释放这个互斥对象。这个时候，系统能够跟踪拥有互斥内核对象的线程内核对象，系统知道这个互斥对象被一个线程抛弃了，就将互斥对象的线程ID设置为0， 将其递归计数设置为0。然后，系统查看是否有其他线程在等待这个互斥对象，如果有，就公平地选中一个，将互斥对象的线程ID设置为选中的线程的线程ID，这和前面的论述是一样的，差别是等待函数返回的值是WAIT_ABANDONED，而不是WAIT_OBJECT_0。这个时候，访问资源是不合适的，因为不知道资源处于何种状态。