Синхронізація процесів

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.

Найпоширеніші засоби синхронізації такі:

• сигнали і повідомлення,
• критичні секції,
• м'ютекси
• семафори
• події
• бар'єри,
• канали (англ. pipe).

Для синхронізації потоків у Windows передбачено ряд функцій синхронізації.

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.

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);

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.

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);

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.

• Багатонитевість
• Нить
• Критична секція
• Семафор (програмування)
• М'ютекс
• Ф'ютекс, швидкий користувацький м'ютекс
• Подія (Windows)

Ця стаття потребує додаткових посилань на джерела для поліпшення її перевірності. Будь ласка, допоможіть удосконалити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Зверніться на сторінку обговорення за поясненнями та допоможіть виправити недоліки. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено. (січень 2016)

Це незавершена стаття про програмування. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.

Це незавершена стаття про операційні системи. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.