[笔记]Windows核心编程《五》线程基础

简介: [笔记]Windows核心编程《五》线程基础

前言

线程的组成

与进程类似,线程也由两个组件组成:

  • 一个是线程的内核对象,操作系统用它管理线程。内核对象还是系统用来存放线程统计信息的地方,包括挂起计数、退出代码等,以便于系统对线程的管理。内核对象中有一个CONTEXT结构,这个结构中存储了线程上一次执行的时候CPU寄存器的状态。
    -一个线程堆栈,用于维护线程执行时所需的所有函数参数和局部变量。

线程的运行

在解释线程的运行机制之前,首先回顾一下过去单线程程序的运行机制:

1.程序是一条指令接着一条指令顺序执行的,回忆下之前单片机课上学习的汇编语言。

2.CPU现在正在执行的指令地址被存储在IP寄存器里面,这条指令执行完之后,IP就会自动增加,这样CPU下次就会接着执行下一条指令了。这个可以通过DEBUG指令在命令行里查看一下。

3.为了便于管理,在汇编代码里经常把程序分成几个"段",包括"代码段",“栈段”、“数据段”。这样把所有代码指令都放到同一个地方,临时变量之类的放到另外一个地方,管理起来容易不少,后来栈的设计被CPU广泛支持,有一个寄存器SP专门就用来存储栈顶指针。具体的还是要回忆下《汇编语言》里学的东西。

线程的创建

CreateThread

//线程函数
DWORD WINAPI ThreadFunc(PVOID pvParam)
{
    DWORD dwResult = 0;
    return dwResult;
}
//创建线程
HANDLE CreateThread(
    PSECURITY_ATTRIBUTES    psa,            //线程安全属性
    DWORD                   cbStackSize,    // 线程堆栈大小,默认是 1MB(Itanium芯片上,默认大小是4MB)
    PTHREAD_START_ROUTINE   pfnStartAddr,   // 线程函数地址
    PVOID                   pvParam,        // 传入线程的参数
    DWORD                   dwCreateFlags,  // 控制线程的标志: CREATE_SUSPENDED: 创建之后挂起; 0: 创建之后立即执行
    PDWORD                  pdwThreadID
);   // 返回值:线程ID

psa:线程安全属性

dwStackSize:

默认线程栈的大小(以字节为单位)。线程栈的大小同时可以在编译器的/STACK指定,默认为1M。线程栈会取其中较大的一个值。限制线程栈的大小可以检测到无穷递归的bug。

lpStartAddress:指向线程函数地址

lpParameter:指向线程参数地址。

dwCreationFlags:

线程创建后执行标志。若为0,则线程立即执行。

若为CREATE_SUSPENDED,则线程创建后不会立即执行,而是等待ResumeThread函数手动执行。

STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION 若设置该flag,则线程栈空间只会预定而不会实际分配。若没有设置,则默认直接分配线程栈空间。

lpThreadId:传出函数,获取新建线程的id。传入null则不关心该thread id。

实例

DOWD WINAPI ThreadFunc(PVOID pvParam)
{
  ....
  return 0;  // will close thread handle automatly
}
...
HANDLE hThread = CreateThread(.., ThreadFunc, ...);
CloseHandle(hThread);  // Good!

Windows线程的创建过程

当用户调用函数创建线程后,windows系统会做两件事:

1、创建一个代表新线程的内核对象。

2、在当前进程空间中分配内存空间给新线程的线程栈。

这里还要强调下,因为新线程是与其他线程在同一个进程地址空间中运行,因此新线程可以直接访问进程的所有句柄,内存空间以及其他线程的线程栈。因此同一进程的线程通信非常简单,但要注意线程间同步的问题。

终止线程的运行

如果我们编写的是C++的windows程序,那么,在线程终止时,我们应该期待如下四点的清理工作能够执行:

1、属于该线程栈上的所有C++对象的析构函数得以调用。(C++要求)

2、该线程的线程栈使用的内存能够正确的释放。(windows要求)

3、线程内核对象引用计数减一(注意这里是减一而不是销毁。线程内核对象生命可能会长于线程函数本身)。(windows要求)

4、操作系统将线程退出代码作为线程函数的返回值。(windows要求)

基于上述4点要求,依次比较线程结束的四种方法。

线程函数结束

这是唯一能够完全执行线程清理方法的结束方式。

ExitThread函数

由被终止线程自身调用,可传入线程返回代码作为线程返回值。该函数属于windows系统API,因此只会执行2、3的windows清理工作,而C++对象不会析构。

(注意:若使用的是C/C++代码,必须得调用ExitThread函数时,应该使用_endthreadex函数代替,原因见后面)

TerminateThread函数

该函数可以杀死任意线程(取决于传入该函数的线程句柄)。应该知道:

该函数是异步的。

由于该函数的突然性,被杀死的线程资源不会得到清理(但内核对象计数会减一)。

数据不会写回磁盘。

C++对象不会析构(由于是windows API函数)。

在dll的main函数中不会得到被TerminateThread函数杀死线程的退出通知。

包含线程的进程退出

这种情况下,类似于对每个进程内线程调用TerminateThread函数,但操作系统会保证进程的资源全部释放(即内核对象、线程栈资源都会释放 )。但C++对象不会得到析构,同时数据不会写回到磁盘……

因此,在进程返回前,我们通常会调用join或wait函数等待其内线程函数的结束。

注意:

这里要注意的是dll main函数中多线程死锁的问题,详细可见

http://blog.csdn.net/guke1978_123/article/details/625773

线程结束后

现在讨论线程结束后,操作系统肯定会执行的操作。

1、线程所拥有的用户对象句柄被释放(窗口和挂钩)

2、线程退出代码由STILL_ACTIVE变为Exitthread或TerminateThread的传入值。

3、线程内核对象变为触发状态。

4、线程内核对象计数减一。

5、若该线程为进程最后的活动线程,则进程终止。

注意,当线程结束时,其内核对象并不会立即销毁,只有当说有拥有该线程内核对象的线程关闭其句柄时,句柄对象才会真正销毁。因此,在线程结束时,其他线程仍可以调用

GetExitCodeThread函数获取线程的退出代码。


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