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.
Засоби синхронізації Найпоширеніші засоби синхронізації такі: сигнали і повідомлення, критичні секції, м'ютекси семафори події бар'єри, канали ().
Синхронізація у Windows Для синхронізації потоків у Windows передбачено ряд функцій синхронізації.
Синхронізація з одним об'єктом Найпростішою функцією, яка очікує завершення переходу заданого об’єкта у сигнальний стан, є WaitForSingleObject.
Її опис мовою CMSDN: WaitForSingleObject function.: DWORD WINAPI WaitForSingleObject( __in HANDLE hHandle, __in DWORD dwMilliseconds );
Опис мовою DelphiКоноваленко І.В., Федорів П.С. Системне програмування у Windows з прикладами на Delphi, Т:ТНТУ.- 2012.: 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. ЗначенняОпис WAIT_OBJECT_0 Об'єкт перейшов у сигнальний стан WAIT_ABANDONED Означає, що заданий об’єкт є м'ютексом, і потік, який володів ним, завершився, не звільнивши його. Власником м'ютекса стає викликаючий потік, а сам м'ютекс переводиться у несигнальний стан WAIT_TIMEOUT Вийшов час очікування WAIT_FAILED Відбулася помилка (наприклад, невірне значення hHandle)
Приклад використання функції WaitForSingleObject Тут подано приклад коду, який створює новий процес, запускаючи стандартний текстовий редактор "Блокнот" (Notepad), і чекає на його завершення (приклад подано мовою Delphi). 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);
Синхронізація кількох об'єктів Для синхронізації кількох об'єктів використовують функцію API WaitForMultipleObjects. ЇЇ опис мовою CMSDN: WaitForMultipleObjects function.: DWORD WINAPI WaitForMultipleObjects( __in DWORD nCount, __in const HANDLE *lpHandles, __in BOOL bWaitAll, __in DWORD dwMilliseconds );
Опис мовою Delphi: 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.
ЗначенняОпис Число в діапазоні від WAIT_OBJECT_0 до WAIT_OBJECT_0 + nCount – 1 Якщо bWaitAll дорівнює true, то це число означає, що всі об’єкти перейшли у сигнальний стан. Якщо false, то віднявши від отриманого значення WAIT_OBJECT_0, отримаємо індекс елемента масиву lpHandles, який перейшов у сигнальний стан Число в діапазоні від WAIT_ABANDONED_0 до WAIT_ABANDONED_0 + nCount – 1 Якщо bWaitAll дорівнює true, то це означає, що всі об’єкти перейшли у сигнальний стан, але хоча б один з потоків, який володів ними, завершився, залишивши м'ютекс. Якщо false, то віднявши від результату значення WAIT_ABANDONED_0, отримаємо індекс елемента масиву lpHandles, який відповідає залишеному м'ютексу. Власником м'ютекса стає викликаючий потік, а сам м'ютекс переводиться у несигнальний стан WAIT_TIMEOUT Вийшов час очікування WAIT_FAILED Сталася помилка
Приклад очікування кількох об'єктів Очікування на завершення роботи трьох потоків з відомими дескрипторами (hThreadX) можна реалізувати так (код мовою Delphi): var Handles : array[0..2] of THandle; ............................................ Handles := hThread1; Handles := hThread2; Handles := hThread3; WaitForMultipleObjects(3, @Handles, true, INFINITE);
Очікування з обробкою повідомлень 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 CMSDN: MsgWaitForMultipleObjects function.: DWORD WINAPI MsgWaitForMultipleObjects( __in DWORD nCount, __in const HANDLE *pHandles, __in BOOL bWaitAll, __in DWORD dwMilliseconds, __in DWORD dwWakeMask ); Опис мовою Delphi: 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.
Примітки
Дивись також Багатонитевість Нить Критична секція Семафор (програмування) М'ютекс Ф'ютекс, швидкий користувацький м'ютекс Подія (Windows)