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临界区与同步机制

在多线程环境中，确保临界数据的操作完整性至关重要。Linux系统使用锁来管理临界数据，而Windows则采用临界区（Critical Section）机制。

临界区的定义

临界区是程序中允许多个线程同时执行的代码段，例如自加自减操作等。在多线程环境下，如果不采取保护措施，这些代码段可能导致竞态条件，进而引发数据不一致或死锁问题。因此，需要用互斥机制来确保这些临界区在任何时刻只能被一个线程占有。

互斥与同步机制

互斥与同步是操作系统管理多线程共享资源的核心机制。尽管它们听起来很相似，但二者在实现方式上存在差异。简单来说：

• 互斥：确保某一临界资源在任何时刻只能被规定数量的线程占用。
• 同步：通过调度机制，使多个任务按照预定顺序访问共享资源。

在实际操作中，互斥是实现同步的核心手段。三个主要角色包括：

• 不可独占的共享资源
• 多个使用者（如线程或进程）
• 调度者（决定资源访问顺序的核心，可能是内核或应用程序）

重要术语解析

• 竞态条件：当多个线程同时访问共享资源时，若没有互斥保护，可能导致结果不确定。
• 临界区：保护程序中需要互斥访问的代码段，使其只能被一个线程占用。

Windows临界区操作

Windows提供了丰富的API来管理临界区：

• InitializeCriticalSection：创建临界区对象。
• DeleteCriticalSection：释放临界区资源。
• EnterCriticalSection： Wait 判断是否可以进入临界区（类似于Linux的锁）。
• LeaveCriticalSection：退出临界区（类似于Linux的解锁）。

代码示例

以下程序展示了如何在Windows中使用临界区：

#include 
   
    
#include 
    
     
#include 
     
      
using namespace std;
string g.Logf(const string& fmt, ...) {
    printf(fmt.c_str());
    return "";
}
int counter = 0;
CRITICAL_SECTION g_cs;
void doit(void* arg) {
    int i, val;
    for (i = 0; i < 5000; ++i) {
        EnterCriticalSection(&g_cs);
        // 可能重复进入临界区，无需额外保护
        val = counter;
        DoLf("thread %d : %d\n", (int)arg, val + 1);
        counter = val + 1;
        LeaveCriticalSection(&g_cs);
    }
}
int main(int argc, char* argv) {
    InitializeCriticalSection(&g_cs);
    HANDLE hThread1 = CreateThread(
        NULL,          // STA或 apartment 模式
        0,            //_PRIORITY
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)doit,
        (void*)1,     // 标题
        0,            // 返回值
        NULL);        //_ptr economically
    HANDLE hThread2 = CreateThread(
        NULL,
        0,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)doit,
        (void*)2,
        0,
        NULL);
    
    WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);
    WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);
    
    DeleteCriticalSection(&g_cs);
    return 0;
}
     
    
   

运行结果应显示1~10000的连续计数，无重复或跳跃，证明临界区机制的有效性。

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