Критические участки

Если более чем один поток используют общие данные (переменная, массив, запись файла), возможны искажения данных. Эти искажения возникают, если потоки выполняют запись значений в совместно используемую переменную.

Если один поток использует критический ресурс, то другие потоки не должны его использовать, а должны быть переведены ОС в состояние блокировки.

Условный пример: Два потока имеют доступ к одному и тому же файлу.

Рисунок 1 -7

Поток 1: открывает запись, пишет в поля 1-4, и его квант времени заканчивается.

Поток 2: изменяет поля5-6, записывает изменения.

Поток 1: из буфера пишет в базу, и изменения, сделанные потоком 2, уничтожаются.

Другой, более наглядный и более простой пример: Два потока, переменная global: word; начальное значение переменной равно 100, каждый поток пытается увеличить значение переменной global на 1, следующим образом:

For I: =1 to 10 do

Begin

Sleep(5);

I: =global;

I: =i+1;

запись в ListBox1 I;

Global: =I;

end;

Поток 2 также имеет:

For I; =1 to 10 do

Begin

Sleep (2);

I: =global;

I: =i+1;

запись в ListBox2 I;

Global: =I;

end;

Будет ли в итоге global=120, если потоки стартуют одновременно?

Если поток 1 берет I: =102, прибавляет 1, будет 103, квант истек.

Поток 2 берет I: =102, прибавляет 1, запишет 103, поток 1 запишет 103. в обоих случаях могут быть разные значения, единица потеряна!

Простейшее решение – inc(global).

Interlocked – функции.

Для увеличения или уменьшения на единицу глобальных переменных типа long:

InterlockedIncrement(I);

InterlockedDecrement(I);

Возвращают: 0 – при переходе через 1; положительное число, если результат больше 0; отрицательное число, если результат меньше 0.

Обмен переменными:

InterlockedExchange (LTarget, LValue);

Обеспечивает правильное увеличение (уменьшение) глобальной переменной типа longint без использования критических секций или мьютексов.

Общее решение: использование средств синхронизации операционной системы:

- критических секций;

- мьютексов (Mutex – mutually exclusive – взаимоисключающие);

- семафоров.

Требования к средствам доступа к критическим участкам:

1. В любой момент времени только один поток может находиться в критическом участке;

2. Ни один поток не должен находиться в критическом участке бесконечно долго;

3. Ни один поток не должен ждать бесконечно долго входа в критический участок;

4. Поток завершившийся (аварийно) в критическом участке, не должен блокировать вход в критический участок для других потоков.

Пример 2: Сотрудничающие потоки – задача «поставщик-потребитель».

Поток - поставщик создает порции данных для передачи (через линии связи), а поток - потребитель передает их. Для хранения сообщений используется совокупность (пул) буферов на одно сообщение.

Рисунок 1 – 8 - Взаимодействие поставщика и потребителя

Поставщик и потребитель должны синхронизировать свои действия – поставщик может передавать сообщения, когда есть свободное буферы в очереди, потребитель – может получать сообщения, если очередь не пуста.