實(shí)驗(yàn)4

并發(fā)與調(diào)度

4.1WindowsXP線程同步

4.1.1WindowsXP的線程同步

WindowsXP提供的常用對象可分成3類：核心應(yīng)用服務(wù)、線程同步和線程間通

訊。其中，開發(fā)人員可以使用線程同步對象來協(xié)調(diào)線程和進(jìn)程的工作，以使其共享

信息并執(zhí)行任務(wù)。此類對象包括互鎖數(shù)據(jù)、臨界段、事件、互斥體和信號等。

多線程編程中關(guān)鍵的一步是保護(hù)所有的共享資源，工具主要有互鎖函數(shù)、臨界

段和互斥體等：另一個實(shí)質(zhì)性部分是協(xié)調(diào)線程使其完成應(yīng)用程序的任務(wù)，為此，可

利用內(nèi)核中的事件對象和信號。

在進(jìn)程內(nèi)或進(jìn)程間實(shí)現(xiàn)線程同步的最方便的方法是使用事件對象，這一組內(nèi)核

對象允許一個線程對其受信狀態(tài)進(jìn)行直接控制（見表4.1）。

而互斥體則是另一個可命名且安全的內(nèi)核對象，其主要目的是引導(dǎo)對共享資源

的訪問。擁有單一訪問資源的線程創(chuàng)建互斥體，所有想要訪問該資源的線程應(yīng)該在

實(shí)際執(zhí)行操作之前獲得互斥體，而在訪問結(jié)束時立即釋放互斥體，以允許下一個等

待線程獲得互斥體，然后接著進(jìn)行下去。

與事件對象類似，互斥體容易創(chuàng)建、打開、使用并清除。利用CreateMulex。API

可創(chuàng)建互斥體，創(chuàng)建時還可以指定一個初始的擁有權(quán)標(biāo)志，通過使用這個標(biāo)志，只

有當(dāng)線程完成了資源的所有的初始化工作時，才允許創(chuàng)建線程釋放互斥體。

86操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

表4.1用于管理事件對象的API

API名稱描述

在內(nèi)核中創(chuàng)建一個新的事件對象。此函數(shù)允許有安全性設(shè)置、手工還是

CreateEvent()

自動丞置的標(biāo)志以及初始時已接受還是未接受信號狀態(tài)的標(biāo)志

創(chuàng)建對己經(jīng)存在的事件對象的引用。此API函數(shù)需要名稱、繼承標(biāo)志和

OpenEventO

所需的訪問級別

SctEvcntO將手工重置事件轉(zhuǎn)化為已接受信號狀態(tài)

ResetEvent()將手工重置事件轉(zhuǎn)化為非接受信號狀態(tài)

將自動重置事件對象轉(zhuǎn)化為已接受信號狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)釋放所有的等待它

PulseEventO

的線程時此種轉(zhuǎn)化立即發(fā)生

為了獲得互斥體，首先，想要訪問調(diào)用的線程可使用OpenMutexOAPI來獲得指

向?qū)ο蟮木浔?；然后，線程將這個句柄提供給一個等待函數(shù)。當(dāng)內(nèi)核將互斥體對象

發(fā)送給等待線程時，就表明該線程獲得了互斥體的擁有權(quán)。當(dāng)線程獲得擁有權(quán)時，

線程控制了對共享資源的訪問一一必須設(shè)法盡快地放棄互斥體。放棄共享資源時需

要在該對象上調(diào)用RcleaseMutcOAPI。然后系統(tǒng)負(fù)責(zé)將互斥體擁有權(quán)傳遞給下?個等

待著的線程（由到達(dá)時間決定順序）。

4.1.2練習(xí)與實(shí)驗(yàn)

在本實(shí)驗(yàn)中，通過對尋件和互斥體對象的了解，來加深對WindowsXP線程同步

的理解。

1）回顧系統(tǒng)進(jìn)程、線程的有關(guān)概念，加深對WindowsXP線程的理解。

2）了解事件和互斥體對象。

3）逋過分析實(shí)驗(yàn)程序，了解管埋事件對象的APE

4）了解在進(jìn)程中如何使用事件對象。

5）了解在進(jìn)程中如何使用互斥體對象。

6）了解父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程的程序設(shè)計方法。

1.工具/準(zhǔn)備工作

在開始本實(shí)驗(yàn)之前，請回顧教科書的相關(guān)內(nèi)容。

需要準(zhǔn)備一臺運(yùn)行WindowsXPProfessional操作系統(tǒng)的計算機(jī)，且該計算機(jī)中

需安裝VisualC++6.0專業(yè)版或企業(yè)版。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

(1)事件對象

清單4-1程序展示了如何在進(jìn)程間使用事件。父進(jìn)程啟動時，利用CreateEvenK)

API創(chuàng)建一個命名的、可共享的事件和子進(jìn)程，然后等待子進(jìn)程向事件發(fā)出信號并終

止父進(jìn)程。在創(chuàng)建時，子進(jìn)程通過OpcnEvent。API打開事件對象，調(diào)用SctEvcnt()API

使其轉(zhuǎn)化為已接受信號狀態(tài)。兩個進(jìn)程在發(fā)出信號之后幾乎立即終止。

步驟1:登錄進(jìn)入WindowsXPProfessionalo

步驟2：在“開始”菜單中單擊MicrosoftVisualC++6.0命令,進(jìn)入VisualC++

窗口。

步驟3：編輯實(shí)驗(yàn)源程序4-1.cpp(也可直接打開下載的源程序文件4-1.cpp)。

清單47創(chuàng)建和打開事件對象在進(jìn)程間傳送信號

//event項(xiàng)目

#include<windows.h>

#include<iostream>

//以下是句柄事件。實(shí)際中很可能使用共享的包含文件來進(jìn)行通訊

staticLPCTSTRg_szContinueEvent="w2kdg.EventDemo.event.Continue":

//本方法只是創(chuàng)建了一個進(jìn)程的副本，以子進(jìn)程模式(由命令行指定)工作

BOOLCreateChildO

(

//提取當(dāng)前可執(zhí)行文件的文件名

TCHARszFilename[MAX_PATH];

::GetModuleFileName(NULL,szFilename,MAXPATH);

//格式化用于子進(jìn)程的命令行，指明它是一個EXE文件和子進(jìn)程

TCHARszCmdLine[MAX_PATH];

::sprintf(szCmdLine,為szFilename);

//子進(jìn)程的啟動信息結(jié)構(gòu)

STARTUPINFOsi;

::ZeroMemory(reinterpret_cast<void*>(&si),sizeof(si));

si.cb=sizeof(si);//必須是本結(jié)構(gòu)的大小

88操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

//返回的子進(jìn)程￥J進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)

PROCESS.INFORMATIONpi;

//使用同一可執(zhí)行文件和告訴它是一個子進(jìn)程的命令行創(chuàng)建進(jìn)程

BOOLbCreateOK=::CreateProcess（

szFilenamG,//生成的可執(zhí)行文件名

szCmdLine,//指示其行為與子進(jìn)程一樣的標(biāo)志

NULL,//子進(jìn)程句柄的安全性

NULL,//子線程句柄的安全性

FALSE,//不繼承句柄

o,//特殊的創(chuàng)建標(biāo)志

NULL,//新環(huán)境

NULL,//當(dāng)前目錄

&si,//啟動信息結(jié)構(gòu)

&pi)；//返回的進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)

//釋放對子進(jìn)程的引用

if(bCreateOK)

(

::CloseHandle(pi.hProcess);

::CloseHandle(pi.hThread);

)

return(bCreateOK);

}

//下面的方法創(chuàng)建一個事件和?個子進(jìn)程，然后等待子進(jìn)程在返回前向事件發(fā)出信號

voidWaitForChild()

(

//createaneweventobjectfortheshildprocess

//tousewhenreleasingthisprocess

HANDLEhEvantOcntinu良=::CrAatAEvAnh(

NULL,//缺省的安全性，子進(jìn)程將具有訪問權(quán)限

TRUE,//手工重置事件

FALSE,//初始時是非接受信號狀態(tài)

g_szContir.ueEvent);//事件名稱

if(hEventContinue!=NULL)

(

std::cout<<"eventcreated*'<<std::endl;

//創(chuàng)建子進(jìn)程

if(::CreateChild())

(

std::cout<<"childcreated"<<std::endl;

//等待，直到子進(jìn)程發(fā)出信號

std::cout?nParentwaitingonchild.n?stci::endl;

::WaitForSingleObject(hEventContinue,INFINITE);

::Sleep(1500);//刪去這句試試

std::cout<<Mparentreceivedtheenventsignalingfrom

childn<<std::endl;

}

//清除句柄

::CloseHardle(hEventContinue);

hEventContinue=INVALID_HANDLE_VALUE;

)

)

//以下方法在子進(jìn)程模式下被調(diào)用，其功能只是向父進(jìn)程發(fā)出終止信號

voidSignalparent()

(

//嘗試打開句柄

std::cout<<nchildprocessbeginningu?std::endl;

HANDLEhEventOontinue=::OpenEvent(

EVENT_MODIFY_STATE,//所要求的最小訪問權(quán)限

FALSE,//不是可繼承的句柄

g_szContirueEvent);//事件名稱

if(hEventContinue!=NULL)

90操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

(

::SetEvent(hEventContinue);

std::cout<<'*eventsignaled"<<std::endl;

}

//清除句柄

::CloseHandle(hEventContinue);

hEventContinue=INVALID_HANDLE_VALUE;

}

intmain(intargc,char*argv(])

(

//檢查父進(jìn)程或是子進(jìn)程是否啟動

if(argc>l&&::strcmp(argv[l],Mchild")==0)

(

//向父進(jìn)程創(chuàng)建的事件發(fā)出信號

::SignalParent();

}

else

(

//創(chuàng)建一個事件并等待子進(jìn)程發(fā)出信號

::WaitForChild();

::Sleep(1500);

std::cout<<"Parentreleased."<<std::endi;

}

return0;

)

步驟4：單擊Build菜單中的Compile4-l.cpp命令，并單擊“是”按鈕確認(rèn)。系

統(tǒng)對4-1.cpp進(jìn)行編譯。

步驟5：編譯完成后，單擊Build菜單中的Build4-l.exe命令，建立4-l.exe可執(zhí)

行文件。

操作能否正常進(jìn)行？如果不行，則可能的原因是什么？

步驟6：在工具欄單擊ExecuteProgram（執(zhí)行程序）按鈕,執(zhí)行4-l.exe程序。

請記錄：運(yùn)行結(jié)果（分行書寫。如果運(yùn)行不成功，則可能的原因是什么？）：

1）_____________________________________________________________________

2）____________________________________________________________________

3）____________________________________________________________________

4）____________________________________________________________________

5）____________________________________________________________________

6）____________________________________________________________________

請從進(jìn)程并發(fā)的角度對結(jié)果進(jìn)行分析，這個結(jié)果與你期望的一致嗎？

閱讀和分析程序4-1,請回答：

1）程序中，創(chuàng)建一個事件使用了哪一個系統(tǒng)函數(shù)？創(chuàng)建時設(shè)置的初始信號狀態(tài)

是什么？

a.____________________________________________________________________

b.____________________________________________________________________

2）創(chuàng)建一個進(jìn)程（子進(jìn)程）使用了哪一個系統(tǒng)函數(shù)？

3）從步驟6的輸出結(jié)果，對照分析4-1程序，可以看出程序運(yùn)行的流程嗎？請

簡單描述：

4）這是一個簡單的進(jìn)程同步的例子。請簡述進(jìn)程同步在這個程序中是如何實(shí)現(xiàn)

的。

（2）互斥體對象

清單4-2的程序中顯示的類CCountUpDown使用了一個互斥體來保證對兩個線

程間單一數(shù)值的訪問。每個線程都企圖獲得控制權(quán)來改變該數(shù)值，然后將該數(shù)值寫

入輸出流中。創(chuàng)建者實(shí)際上創(chuàng)建的是互斥體對象，計數(shù)方法執(zhí)行等待并釋放，為的

是共同使用互斥體所需的資源（因而也就是共享資源）。

步驟1：編輯實(shí)驗(yàn)源程序4-2.cpp（也可直接打開下載的源程序文件4-2.cpp）o

92操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

清單4-2利用互斥體保護(hù)共享資源

//mutex項(xiàng)目

#include<windows.h>

#include<iostream>

//利用互斥體來保護(hù)司時訪問的共享資源

classCCountUpDown

(

public:

//創(chuàng)建者創(chuàng)建兩個線程來訪問共享值

CCountUpDown(intnAccesses):

m_hThreadInc(INVALID_HANDLE_VALUE),

m_hThreadDec(INVALID_HANDLE_VALUE),

m_hMutexValue(INVALID_HANDLE_VALUE),

mnValue(C),

m_nAccess(nAccesses)

(

//創(chuàng)電互斥體用于訪問數(shù)值

m_hMutexValue=::CreateMutex(

NULL,//缺省的安全性

TRUE,//初始時擁有，在所有的初始化結(jié)束時將釋放

NULL);//匿名的

m_hThreadInc=::CreateThread(

NULL,//缺省的安全性

0,//缺省堆棧

IncThreadProc.//類線程進(jìn)程

reinterpret_cast<LPVOID>(this),//線程參數(shù)

0,//無特殊的標(biāo)志

NULL);//忽略返回的id

m_hThreadDec=::CreateThread(

NULL,//缺省的安全性

0,//缺省堆棧

DecThreadProc,//類線程進(jìn)程

reinterpret_cast<LPVOID>(this)r//線程參數(shù)

0z//無特殊的標(biāo)志

NULL);//忽略返回的id

//允許另一線程獲得互斥體

::ReleaseMutex(m_hMutexValue);

}

//解除程序釋放對對象的引用

virtual~CCountUpDown()

(

::CloseHardle(m_hThreadInc);

：：CloseHardle(m_hThreadDec);

：：CloseHardle(m_hMutexValue);

}

//簡單的等待方法，在兩個線程終止之前可暫停主調(diào)者

virtualvoidWaitForCompletion()

(

//確保所有對象都已準(zhǔn)備好

if(m_hThreadInc!=INVALID_HANDLE_VALUE&&

m_hThreadDec!=INVALID_HANDLE_VALUE)

(

//等待兩者完成(順序并不重要)

::WaitForSingleObject(m_hThreadInczINFINITE);

::WaitForSingleObject(m_hThreadDeczINFINITE);

)

}

protected:

//改變共享資源妁簡單的方法

virtualvoidDoCount(intnStep)

(

//循環(huán)，直到所有的訪問都結(jié)束為止

while(1)

(

//等待訪問數(shù)值

::WaitForSingleObject(m_hMutexValue,INFINITE)；

94操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

if(m_nAccess>0)(

//改變并顯示該值

m_nValue+=nStep;

std::cout?''thread:"<<■::GetCurrentThreadld()

〈〈''value:z,?m_nvalue?''access:,z<<m_nAccess

:rendl;

//發(fā)出訪問信號并允許線程切換

——m_nAccess;

::Sleep(1000);//實(shí)現(xiàn)線程切換，并使顯示速度放慢

//釋放對數(shù)值的訪問

::ReleaseMutex(mhMutexValue);

)

elsebreak;

}

)

staticDWORDWINAPIIncThreadProc(LPVOIDIpParam)

(

//將參數(shù)解釋為"this，指針

CCountUpDc-wn*pThis=

reinterpret_cast<CCountUpDown*>(ipParam);

//調(diào)用對象的增加方法并返回一個值

pThis->DoCount(+1);

return(0);

}

staticDWORDWINAPIDecThreadProc(LPVOIDIpParam)

(

//將參數(shù)解釋為'this，指針

CCountUpDown*pThis=

reinterpretcast<CCountUpDown*>(IpParam);

//調(diào)用對象的減少方法并返回?個值

pThis->DOCount(-1);

return(0);

}

protected:

HANDLEm_hThreadInc;

HANDLEm_hThreadDec;

HANDLEm_hMutexValue;

intm_nValue;

intm_nAccess;

}；

voidmain()

(

CCountUpDownud(50);

ud.WaitForCompletion();

)

步驟2：單擊Build菜單中的Compile42cpp命令,并單擊“是”按鈕確認(rèn)。系

統(tǒng)對4-2.cpp進(jìn)行編譯。

步驟3：編譯完成后,單擊Build菜單中的Build4-2.exe命令,建立4-2.exe可執(zhí)

行文件。

請記錄：操作能否正常進(jìn)行？如果不行，則可能的原因是什么？

步驟4：在工具欄單擊ExecuteProgram按鈕，執(zhí)行4-2.exe程序。

分析程序4-2的運(yùn)行結(jié)果,可以看到線程(加和減線程)的交替執(zhí)行(因?yàn)镾leep。

API允許Windows切換線程)。在每次運(yùn)行之后，數(shù)值應(yīng)該返回初始值(0),因?yàn)?/p>

在每次運(yùn)行至sleep。語句后，寫入線程在等待隊列中變成最后一個，內(nèi)核保證它在

其他線程工作時不會再運(yùn)行，力口、減線程各自運(yùn)行了25次。

I)請描述運(yùn)行結(jié)果(如果運(yùn)行不成功，則可能的原因是什么？)：

96操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

2）根據(jù)運(yùn)行輸出結(jié)果，對照分析4-2程序，可以看出程序運(yùn)行的流程嗎？請簡

單描述加、減線程是如何交替執(zhí)行的？

3）程序4-2中臨界資源、臨界區(qū)各是什么？是加何實(shí)現(xiàn)線程對臨界資源的互斥

訪問的？

3.實(shí)驗(yàn)總結(jié)

4.實(shí)驗(yàn)評價（教師）

4.1.3閱讀與思考

4.2WindowsXP線程間的通訊

WindowsXP提供的線程間通訊類內(nèi)核對象允許同一進(jìn)程或跨進(jìn)程的線程之間互

相發(fā)送信息，包括文件、文件映射、郵件位和命名管道等，其中最常用的是文件和

文件映射。這類對象允許一個線程很容易地向同一進(jìn)程或其他進(jìn)程中的另一線程發(fā)

送信息。

4.2.1文件對象

文件對象是人們所熟悉的永久存儲的傳統(tǒng)元素。將一個文件看作是內(nèi)核對象可

使開發(fā)人員獲得比標(biāo)準(zhǔn)C++文件操作更為強(qiáng)大的功能，

內(nèi)核允許開發(fā)人員在系統(tǒng)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建代表永久存儲數(shù)據(jù)塊的文件對象。

這些文件對象是對永久存儲數(shù)據(jù)的低級訪問者；用C++運(yùn)行庫或其他方法打開的所

有文件最終都要變成對CreateFile()API的調(diào)用。

CreateFile()函數(shù)分配一個內(nèi)核對象來代表一個永久的文件。當(dāng)在磁盤上創(chuàng)建一

個新文件或當(dāng)打開一個已經(jīng)存在的文件時，就調(diào)用這個API,其參數(shù)總結(jié)見表4.2。

表4.2CreateFiie()API的參數(shù)

參數(shù)名使用目的

LPCTSTRIpFilcName要打開或創(chuàng)建的文件名

所要求的文件訪問權(quán)；一個包括GENERIC_READ或

DWORDdwDesiredAccess

GENERIC.WRITE的屏蔽

DWORDdwShareMode指定與其他進(jìn)程共享的文件類型(如果有的話)

LPSECURITY_ATTRIBUTES

當(dāng)被文件系統(tǒng)支持時與備份文件對象有關(guān)的安全性

IpSccurityAitributcs

在文件系統(tǒng)的級別上所采取的操作的類型。如新文件的創(chuàng)建

DWORDdwCrealionDisposilion

或打開一個已有的文件

文件系統(tǒng)的屬性，如只讀、隱藏等。還可以是文件對象的屬

DWORDdwFlagsAndAuribiiles

性，如可緩存寫入等

HANDLEhTemplateFile指向另一文件對象的句柄，常用于為新創(chuàng)建的文件提供屬性

創(chuàng)建調(diào)用比創(chuàng)建事件、互斥體或信號量要復(fù)雜。首先必須在IpFilename中指定

對象名，并且要指向文件系統(tǒng)中所訪問的位置。接著必須用dwDesiredAccess參數(shù)提

供所需的訪問級別。

山創(chuàng)建函數(shù)要求的共享模式參數(shù)dwShareMode可以指定當(dāng)另一進(jìn)程企圖同時訪

問數(shù)據(jù)時會發(fā)生什么。與所有其他第一級內(nèi)核對象一樣，可以利用1pSecurityAttributes

參數(shù)指定所創(chuàng)建對象的安全性。接著，要通過dwCrealionDisposilion參數(shù)告訴創(chuàng)建函

數(shù)，加果數(shù)據(jù)在指定的永久存儲介質(zhì)中存在或不存在時的行為。

可以使用dwFlagsAndAllribules參數(shù)來指定文件的屬性(如只讀)，并確定對數(shù)

據(jù)所執(zhí)行的讀寫操作的行為。最后一個參數(shù)hTemplateFile可指定另一個文件對象作

98操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)(第二版)

為模板，以便為新創(chuàng)建的文件復(fù)制屬性或擴(kuò)展屬性。

WindowsXP系統(tǒng)中包括許多文件對象的工具函數(shù)，表4.3中總結(jié)了處理文件對

象時需要使用的API。

表4.3文件對象API

API名稱功能描述

創(chuàng)建文件內(nèi)核對象，用于代表文件系統(tǒng)中新的或已經(jīng)存在的大

CreateFile()

量數(shù)據(jù)

從文件系統(tǒng)中的由文件對象句柄引用的文件發(fā)送數(shù)據(jù)。讀操作

ReadFileO

開始于當(dāng)前文件的指針位置，每讀取一個字節(jié)，該位置增加

從文件系統(tǒng)中的由文件對象句柄引用的文件發(fā)送數(shù)據(jù)。寫操作

WriteFileO

開始于當(dāng)前文件的指針位置，每寫入一個字節(jié)，該位置增加

SetFilePointer()將文件中的當(dāng)前文件指針位置移動一個相對或絕對距離

SetEndOfFileO將文件的終止記號移動到當(dāng)前文件指針的位置

LockFileO防止其他進(jìn)程訪問傳遞的文件內(nèi)的一個區(qū)域

GetFileType()決定傳遞的句柄是否引用磁盤文件、控制臺或命名的管道

GetFileSizeEx()提取64位的文件容量

GetFileTimeO提取文件創(chuàng)建、最后訪問和最近修改的時間

用傳遞來的文件中的詳細(xì)信息填充BY_HANDLE_FILE_

GetFilelnformationByHandleO

INFORMATION數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

通常可以使用ReadFile。和WrileFile。API在永久存儲和應(yīng)用程序間通過文件對

象來移動數(shù)據(jù)。因?yàn)閯?chuàng)建調(diào)用將對象的大多數(shù)復(fù)雜性封裝起來了，這兩個函數(shù)只是

簡單地利用指向要交換數(shù)據(jù)的文件對象的句柄(即指向內(nèi)存內(nèi)的數(shù)據(jù)緩存區(qū)的指

針)，然后計數(shù)移動數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。除此之外，這兩個函數(shù)還執(zhí)行重疊式的輸入和輸

出，由于不會“堵塞”主線程，可用來傳送大量的數(shù)據(jù)。

CreateFile。方法除了可訪問標(biāo)準(zhǔn)的永久文件外，還可訪問控制臺輸入和輸出，

以及從命名的管道來的數(shù)據(jù)。

GelFileType()API指明要處理的關(guān)鍵文件句柄的結(jié)構(gòu)。除此之外，內(nèi)核還提供了

GetFileInformationByHandle()和GetFileSize。＞GetFileTime()API用于獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)

的詳細(xì)情況。其他用于在文件中改變數(shù)據(jù)的工具函數(shù)包括LockFileO.SetFilePointerO

和SetEndOfFileOAPL

除了這些基于句柄的API之外，內(nèi)核還提供了大量的工具，用于按文件名對文

件直接操作。文件對象用完之后，應(yīng)該用CloseHandle()API加以清除。

4.2.2文件映射對象

比使用RcadFile。和WritcFilc。API通過文件對象來讀取和寫入數(shù)據(jù)更為簡單的

是，WindowsXP還提供了一種在文件中處理數(shù)據(jù)的方法，名為內(nèi)存映射文件，也稱

為文件映射。文件映射對象是在虛擬內(nèi)存中分配的永久或臨時文件對象區(qū)域（如果可

能的話，可大到整個文件），可將其看作是二進(jìn)制的數(shù)據(jù)塊。使用這類對象，可獲得

直接在內(nèi)存中訪問文件內(nèi)容的能力。

文件映射對象提供了強(qiáng)大的掃描文件中數(shù)據(jù)的能力，而不必移動文件指針。對

于多線程的讀寫操作來說，這一點(diǎn)特別有用，因?yàn)槊總€線程都可能想要把讀取指針

移動到不同的位置去一一為了防止這種情況，就需要使用某種線程同步機(jī)制保護(hù)文

件。

在CreateFileMapping（）API中，一個新的文件映射對象需要有一個永久的文件對

象（由CreateFileO所創(chuàng)建）。該函數(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的安全性和命名參數(shù)，還有用于允許

操作（如只讀）的保護(hù)標(biāo)忐以及映射的最大容量。隨后可根據(jù)來自O(shè)penFileM叩ping（）

API的其他線程或進(jìn)程使用該映射一一這與事件和互斥體的打開進(jìn)程是非常類似的。

內(nèi)存映射文件對象的另一個強(qiáng)大的應(yīng)用是可請求系統(tǒng)創(chuàng)建一個運(yùn)行映射的臨時

文件。該臨時文件提供一個臨時的區(qū)域，用于線程或進(jìn)程互相發(fā)送大量數(shù)據(jù)，而不

必創(chuàng)建或保護(hù)磁盤上的文件。利用向創(chuàng)建函數(shù)中發(fā)送INVAL1D_HANDLE_VALUE

來代替真正的文件句柄，就可創(chuàng)建這一臨時的內(nèi)存映射文件；指令內(nèi)核使用系統(tǒng)天

式文件來建立支持映射的最大容量的臨時數(shù)據(jù)區(qū)。

為了利用文件映射對象，進(jìn)程必須將對文件的查看映射到它的內(nèi)存空間中。也

就是說，應(yīng)該將文件映射對象想象為進(jìn)程的第一步，在這一步中，當(dāng)查看實(shí)際上允

許訪問的數(shù)據(jù)時，附加有共享數(shù)據(jù)的安全性和命名方式.為了獲得指向內(nèi)存區(qū)域的

指針需要調(diào)用MapViewOfFileOAPI,此調(diào)用使用文件映射對象的句柄作為其主要參

數(shù)。此外還有所需的訪問等級（如讀-寫）和開始查看時文件內(nèi)的偏移和要查看的容

量。該函數(shù)返回一-個指向進(jìn)程內(nèi)的內(nèi)存的指針，此指針可有多種編程方面的應(yīng)用（但

不能超過訪問權(quán)限）。

當(dāng)結(jié)束文件映射查看時，必須用接受到的指針調(diào)用UnmapVicwOfFlic（）AP【，然

后再根據(jù)映射對象調(diào)用CloseHandleOAPL從而將其清除。

4.2.3練習(xí)與實(shí)驗(yàn)

在本實(shí)驗(yàn)中，通過對乂件和文件映射對象的了解，來加深對WindowsXP線程同

I(X)操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

步的理解。

1）回顧系統(tǒng)進(jìn)程、線程的有關(guān)概念，加深對WindowsXP線程間通訊的理解;

2）了解文件和文件映射對象；

3）通過分析實(shí)驗(yàn)程序，了解線程如何通過文件對象發(fā)送數(shù)據(jù)；

4）了解在進(jìn)程中如何使用文件對象；

5）通過分析實(shí)驗(yàn)程序，了解線程如何通過文件映射對象發(fā)送數(shù)據(jù)；

6）了解在進(jìn)程中如何使用文件映射對象.

1.工具/準(zhǔn)備工作

在開始本實(shí)驗(yàn)之前，請回顧教科書的相關(guān)內(nèi)容。

需要準(zhǔn)備一臺運(yùn)行WindowsXPProfessional操作系統(tǒng)的計算機(jī)，且該計算機(jī)中

需安裝VisualC++6.0專業(yè)版或企業(yè)版。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）文件對象

清單4-3中的代碼展示了線程如何通過文件對象在永久存儲介質(zhì)上互相發(fā)送數(shù)

據(jù)。程序只是激活并啟動了一個線程接著一個線程的創(chuàng)建線程。每個線程從指定的

文件中讀取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，其修改增量是以創(chuàng)建時發(fā)送給它的數(shù)量進(jìn)行

的，然后將新數(shù)值寫回文件。

步驟1:登錄進(jìn)入WindowsXPProfessional?

步驟2；在“開始”菜單中單擊MicrosoftVisualC++6.0命令，進(jìn)入VisualC++

窗口。

步驟3：編輯實(shí)險源程序43cpp（也可直接打開下載的源程序文件4-3.叩p）。

清單4-3演示線程通過文件對象發(fā)送數(shù)據(jù)

//fileobj項(xiàng)目

#include<windows.h>

#include<iostream>

//要使用的文件名

staticLPCTSTRg_szFileName=''w2kdg.Fileobj.file.data.txtz,;

//在數(shù)據(jù)文件中讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)的簡單線程時將傳遞來的該數(shù)據(jù)增加，并寫回數(shù)據(jù)文件中

staticDWORDWINAPIThreadProc(LPVOIDIpParam)

//將參數(shù)翻譯為長整數(shù)

LONGnAdd=reinterpret_cast<LONG>(IpParam);

//建立完全的指定文件名(包括路徑信息)

TCHARszFullName[MAX_PATH];

::GetTempPath(MAX_PATH,szFullName);//取得路徑

::strcat(szFullName,g_szFileName);

//打開文件對象

HANDLEhFile=::CreateFile(

szFullName,//文件的完全名稱

GENERIC_READ|GENERIC_WRITEZ//具有所有的訪問權(quán)

FILE_SHARE_READZ//允許其他線程讀取

NULL,//缺省的安全性

OPEN_ALWAYS,//創(chuàng)建或打開文件

FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,//普通文件

NULL);//無模板文件

if(hFile!=INVALID_HANDLE_VALUE)

(

//讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)

LONGnValue(0);

DWORDdwXier(U);

::ReadFile(

hFile,//要讀取的文件

reinterpret_cast<LPVOID>(SnValue),//緩沖區(qū)

sizeof(nValue),//緩沖區(qū)容量

SdwXfer,//讀取的字節(jié)數(shù)

NULL);//無重疊I/O

//顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)

std::cout<<''read:,,<<nValue<<std::endl;

)

102操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

//增加數(shù)值

nValue+=nAdd;

//寫回永久存儲介質(zhì)

::SetFilePointer(hFile,O,NULL,FILE_BEGIN);

::WriteFile(

hFile,//要寫入的文件

reinterpretcast<LPCVOID>(&nValue),//數(shù)據(jù)

sizeof(nValue),//緩沖區(qū)容量

&dwXferz//寫入的字節(jié)數(shù)

NULL);//無重登I/O

if(dwXfer==sizeof(nValue))

std::cout<<''v;rite:"z?nValue<<std::endl；

}

〃清除文件

::CloseHandle(hFile);

hFile=INVALID_HANDLE_VALUE;

)

return(0);

)

voidmain()

//創(chuàng)建100個線程從文件中進(jìn)行讀寫

for(intnTotal=100;nTotal>0;-nTotal)

(

//啟動線程

HANDLEhThread=::CreateThread(

NULL,〃缺省的安全性

0,//缺省的堆棧

ThreadProc,//線程函數(shù)

reinterpret_cast<LPVOID>(1)z//增量

0,//無特殊的創(chuàng)建標(biāo)志

NULL);//忽略線程id

//等待線程完成

::WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);

::Sleep(5C0);//放慢顯示速度，方便觀察

//釋放指向線程的句柄

：:CloseHar.dle(hThread);

hThread=INVALID_HANDLE_VALUE;

}

}

步驟4：單擊Build菜單中的Compile4-3.cpp命令，并單擊“是”確認(rèn)。系統(tǒng)對

4-3.cpp進(jìn)行編譯。

步驟5：編譯完成后，單擊Build菜單中的Build4-3.exe命令，建立4-3.exe可執(zhí)

行文件。

請記錄：操作能否正常進(jìn)行？如果不行，則可能的原因是什么？

步驟6：在工具欄單擊ExecuteProgram按鈕，執(zhí)行4-3.exe程序。

請記錄：運(yùn)行結(jié)果(如果運(yùn)行不成功，則可能的原因是什么？)：

閱讀和分析程序4-3,請回答問題：

1)清單4-3中啟動了多少個單獨(dú)的讀寫線程?

2)使用了哪個系統(tǒng)API函數(shù)來創(chuàng)建線程例程？

3)文件的讀和寫操作分別使用了哪個API函數(shù)？

104操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

每次運(yùn)行進(jìn)程時，都可看到清單4-3中的每個線程從前面的線程中讀取數(shù)據(jù)并將

數(shù)據(jù)增加，文件中的數(shù)值連續(xù)增加。這個示例是很簡單的通訊機(jī)制?？蓪⑦@一示仞

用作編寫自己的文件讀/寫代碼的模板。

請注意程序中寫入之前文件指針的重置。重置文件指針是必要的，因?yàn)樵撝羔?/p>

在讀取結(jié)束時將處于前四個字節(jié)之后，同一指針還要用于向文件寫入數(shù)據(jù)。如果函

數(shù)向該處寫入新數(shù)值，則下次進(jìn)程運(yùn)行時，只能讀到原來的數(shù)值。那么：

4）在程序中，重置文件指針使用了哪一個函數(shù)？

5）從步驟6的輸出結(jié)果，對照分析4-3程序，可以看出程序運(yùn)行的流程嗎？請

簡單描述：

6)程序main函數(shù)中,語句:：WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);有何作

用？

（2）文件映射對象

清單4-4的程序展示了一個在線程間使用的由頁式文件支持的文件映射對象，從

中可以看出利用內(nèi)存映射文件比使用駐留在磁盤上的文件對象更為簡單。其中的正

程還使用了互斥體，以便公平地訪問文件映射對象，然后，當(dāng)每個線程都釋放時，

程序?qū)⑽募囊晥D映射到文件上并增加數(shù)據(jù)的值。

步驟1:編輯實(shí)驗(yàn)源程序4-4.cpp（也可直接打開下我的源程序文件4-4.cpp）o

清單4-4演示使用映射文件的內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的線程

//mappings項(xiàng)目

#include<windows.h>

#include<iostream>

//仲裁訪問的互斥體

staticHANDLEg_hMutexMapping=INVALID_HANDLE_VALUE;

//增加共享內(nèi)存中的數(shù)值的簡單線程

staticDWORDWINAPIThreadProc(LPVOIDIpParam)

//將參數(shù)看作句柄

HANDLEhMapping=reinterpret_cast〈HANDLE〉(IpParam);

//等待對文件的訪問

::WaitForSingleObject(g_hMutexMapping,INFINITE);

〃映射視圖

LPVOIDpFile=::MapViewOfFile(

hMapping,//保存文件的對象

FILE_MAP_ALLACCESS,//獲得讀寫權(quán)限

0,//在文件的開頭處（高32位）開始

0,//...（低32位）

0)；//映射整個文件

if(pFile!=NULL)

(

//將數(shù)據(jù)看作長整數(shù)

LONG*pnData=reinterpret__cast<LCNG*>(pFile);

//改動數(shù)據(jù)

++(*pnData);

//顯示新數(shù)值

std::cout<<''thread:''<<::GetCurrentThreadld()

<<"value:''<<(*pnData)<<std::endl;

//釋放文件視圖

::UnmapViGwOfFile(pFile);

pFile=NULL;

}

//釋放對文件的訪問權(quán)

::AasAMut.Ax(g_hMut.AxMapping);

return(0);

|

106操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)（第二版）

//創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)空間

HANDLEMakeSharedFile()

//創(chuàng)建文件映射對象

HANDLEhMapping=::CreateFileMapping(

INVALID_HANDLE_VALUE,//使用頁式文件臨時文件

NULL,//缺省的安全性

PAGEREADWRITE,//可讀寫權(quán)

Oz//最大容量（高32位）

sizeof(LONG),//...（低32位）

NULL);//匿名的

if(hMapping!=INVALID_HANDLE_VALUE)

//在文件映對上創(chuàng)建視圖

LPVOIDpDsta=::MapViewOfFile(

hMapping,//保存文件的對象

FILE_MAP_ALL_ACCESS,//獲得讀寫權(quán)

0,//在文伯的開頭處（高32位）開始

...（低位）

0z//32

0);//映射整個文件

if(pData!=NULL)

::ZeroMemory(pData,sizeot(LONG));

)

//關(guān)閉文件視圖

::UnmapViewOfFile(pData);

}

return(hMapping);

}

voidmain()

//創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件

HANDLEhMapping=::MakeSharedFile();

//創(chuàng)建仲裁的互斥體

g_hMutexMapping=::CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);

//根據(jù)文件創(chuàng)建100個線程來讀寫

for(intnTotal=100;nTotal>0;--nTotal)

(

//啟動線程

HANDLEhThread=:：CreateThread(

NULL,//缺省的安全性

0,//缺省堆棧

ThreadProc,//線程函數(shù)

reinterpret_cast<LPVOID>(hMapping),//增量

0,//無特殊的創(chuàng)建標(biāo)志

NULL);//忽略線程id

//等待最后的線程釋放

if(nTotal==1)

(

std::cout?''allt