win32 多线程

￡神魔★判官ぃ 2022-06-14 10:55 256阅读 0赞

线程是不能但对存在的，其必须存在在进程的地址空间中。一个线程在这段地址空间仅有两样东西

*  一个线程的内核对象，操作系统使用这个数据结构来管理线程。
 *  一个线程栈，其中存储着所需函数的参数和局部变量

# 创建线程 #

HANDLE WINAPI CreateThread( _In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, _In_ SIZE_T dwStackSize, _In_ LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, _In_opt_ LPVOID lpParameter, _In_ DWORD dwCreationFlags, _Out_opt_ LPDWORD lpThreadId );

***dwStackSize***  
设置线程栈预留空间大小或者是调拨大小（见dwCreationFlags参数）。默认情况情况是1MB地址空间并调拨两个页面。或者我们可以使用编译器的/F选项和连接器/STACK选项把数据信息写入exe和dlll的PE头文件中。

/STACK:reserve[,commit]

![这里写图片描述][SouthEast]

如果该参数为0.系统会使用PE头文件中的指定的大小。

**Tips:**  
我们为线程创建线程栈大小有一个好处，就是可以提前发现函数无限递归。

***lpStartAddress***

执行线程任务的函数

typedef DWORD (WINAPI *PTHREAD_START_ROUTINE)(
        LPVOID lpThreadParameter
        );

***lpParameter***

这个参数是会传递lpStartAddressha函数

***dwCreationFlags***  
就三个值。  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

如果希望线程创建晚立刻运行可以设置为0  
如果希望线程先suspend（挂器），也就是不运行可以设置CATESUSPENDED。通过ResumeThread来运行  
最后一个开关将会指定dwStackSize表示的是堆栈大小还是堆栈提交大小

***lpThreadId***  
指定线程id。一般传入nullptr，让操作系统为我们陪陪PID

# 终止线程 #

终止线程一个线程有以下方法

*  线程函数返回，**强烈建议**
 *  ExitThread，**避免使用**
 *  TerminateTread,**避免使用**
 *  包含线程的进程终止，**避免使用**

**线程返回**

一个线程如果返回时。可以确保一下清理工作的进行

*  线程函数中的c++对象的析构函数会被调用
 *  操作系统释放线程栈的内存（什么方式都是，除了TerminateThread）
 *  操作系统把线程返回值设置为线程退出代码
 *  系统减少内核对象的使用计数

ExitThread和TerminateTread函数对应者ExitProcess和TerminateProcess。它们都会让线程和进程戛然而止而得不到应有的c运行时清理。写c/c++代码时，强烈建议不要使用这些函数。而是应该设计好函数的流程使其自然返回。

**ExitThread**  
【无】  
**TerminateThread**  
终止别线程或者自己。注意三点

1.  此函数不能保证立马终止线程（它只确保消息的发出）。还需要别的手段来确定线程是否终止如（如WaitForSingleObject）
2.  函数返回或者调用ExitThread 会销毁线程栈。但是TerminateThread方式“杀死”的线程,除非进程终止，不然不会系统不会销毁进程段。windows 这样设计为了让线程被终止之后别的线程不会访问违规（如，运行的线程还引用者被杀死线程的数据）
3.  dll通常会在线程终止的时候的得到通知，而TerminateThread终止时不会受到消息，所以不会正常完成清理工作

**线程终止**  
线程终止会发生一下事情

*  线程的所有对象句柄会被释放（就像所有句柄调用CloseHandle一样 ）。
 *  线程的退出代码由STILL\_ACTIVE变成返回代码
 *  线程的内核对象变成触发状态
 *  如果线程是最后一个活动线程，那么进程也会终止
 *  线程的内核对象使用计数-1

GetExitCodeThread来获得返回代码

# 线程原理的简单介绍 #

![这里写图片描述][SouthEast 2]  
上面的图简单的概括了线程的原理。在线程内核中有一些统计信息之外有一个很重要的结构Context（winnt.h）。它是线程自己的一组cpu寄存器。这个结构中又两个非重要的寄存器，堆栈指针寄存器指向线程栈。指令指针寄存器指向这个Ntdll,dll中的RtlUserThreadStart函数。而我们的线程运行就是存这个函数开始,它做一下事情

*  围绕线程函数，设置一个机构化异常处理（struct exception handling ，SEH）。这样线程执行期间产生的任何异常都可以得系统的默认处理
 *  通过lpStartAddress调用线程函数，把lpParameter参数传递给他
 *  线程返回时，调用ExitThread，并把返回值传给他。
 *  如果线程产生一个未处理异常，RtlUserThreadStart设置的SEH会处理这个异常。这样通常会为用户显示一个对话框。而且用户如果关对话框。RtlUserThreadStart会调用ExitProcess来关闭整个进程而不是线程

我们要注意一下几点  
1. RtlUserThreadStart会调用ExitProcess或者ExitThread来终止线程，所以这个函数永远不会返回  
2. 线程是真正的在这个函数开始运行的。之所以能访问该函数的参数。是因为操作系统帮我们帮该函数的参数压栈进线程栈了（lpParameter和lpStartAddress）。但是该线程不会被返回也不能被返回。因为线程栈中没有该函数的返回地址。如果返回会出现访问违规。因为没有返回地址它只能返返回到任意地方  
3. 如果是主线程那么他的指令寄存器会指向另一个也叫做RtlUserThreadStart的函数。但是他会调用C/C++的启动函数

# c/c++在windows中的多线程情况 #

因为c标准的运行库是在1970左右被发明的。而那时候是没有多线程这个概念的。所以c的运行库不是多线程安全的。  
一标准的C全局变量errno为例：

BOOL b = (system("NOTEPAD.exe, READEME.txt") == -1);
        if (b) {
            switch (errno) {
    
            case E2BIG :// argumnet list or envrionment too big;
                break;
    
            case ENOENT:// command interpreter not be fount;
                break;
            case ENOEXEC:// command interpreter has bad format
                break;
            case ENOMEM://  insuffcient memory to run command
                break;
    
            }
    
        }

如果上面运行if 的时候cpu 突然调到别的线程运行，而别的线程也产生了一个errno 。先cpu 又回到了次线程来运行。可是这个时候线程的errno的值已经变了。相似的例子还有很多

**所以标准的c/c++运行库不是为多线程设计的**。但是问题还是要解决的。怎么才能在不重新设计c/c++运行库的情况让他们线程安全呢。

所以Microsoft的程序员写了一个新函数**\_beginthreadex**

_ACRTIMP uintptr_t __cdecl _beginthreadex(
        _In_opt_  void*                    _Security,
        _In_      unsigned                 _StackSize,
        _In_      _beginthreadex_proc_type _StartAddress,
        _In_opt_  void*                    _ArgList,
        _In_      unsigned                 _InitFlag,
        _Out_opt_ unsigned*                _ThrdAddr
        );

该函数在**process.h**头文件中定义。可以看见函数以下划线开头。所以是windows 特有的。看见他的参数和CreateThread一样但是类型好像有点区别。因为写这个函数的程序员认为既然是C/C++运行库的函数，当然不应该有WINDOWS的数据类类型。

\_beginthreadex这个函数的源代码在Threadex.c中。  
它主要做一下几件事

*  在堆上面创建\_tiddata数据块（源代码在Mtdll.h）并且将  
    \_ArgList（函数参数地址）和\_StartAddress（任务函数地址）参数保存到\_tiddata中，还要有c++中可能产生多线程问题的全局变量放入其中。
 *  调用CreateThread。lpStartAddress参数为**\_threadTreadex**函数地址。lpParameter参数为\_tiddata数据块地址
 *  如果一切顺利返回线程句柄，否则返回返回0

如果创建线程成功就来都了RtlUserThreadStart.这个函数设置玩SEH之后就调用\_threadTreadex函数了，并传给它\_tiddata

\_threadTreadex它主要做一下事情

*  调用**TlsSetValue**将一个值与主调线程关联起来。这就是所谓的线程局部存储（Thread local storage，TLS）。使\_tiddata和主调线程关联起来
 *  之后调用**\_callthreadstartex**。
 *  该函数不会被返回。后面你就知道了

\_callthreadstartex完成一下事情

*  这个函数有一个SEH.帧。通过这个帧处理与运行库有关的许多事情。运行时错误就是它的一个任务。还有一个非常重要的就是**signal**函数。不然signal就无法正常使用
 *  调用任务函数（我们写的线程函数），并传递参数给他。前面说过它和其参数被\_begainThreadex存在\_tiddata中。
 *  调用玩我写的函数之后调用**\_endthreadex**函数，并把返回值给它

\_endthreadex函数做一下事情

*  TlsGetValue和的 \_tiddata内存块，并释放
 *  调用ExitThead结束线程，并用\_endthreadex的参数（我们函数的返回值）设置退出代码

通过上面的程序之后。我们的每一个线程都有一个内存区域来存放变量了。之后的c/c++运行库中有多线程问题的函数就可以通过访问访问线程惯量的\_tiddata块就可以解决多线程的问题了（通过TlsGetValue）。但是全局变量怎么办。它们可是进程中所有线程共享的。  
但是通过源代码我们可以知道

_ACRTIMP int* __cdecl _errno(void);
        #define errno (*_errno())

全局变量只不过是一个函数的宏。而这个函数在c/c++内部又是同上面的方法来访问给子的全局变量的。在以前如果希望运行多线程版C/C++运行库需要链接多线版本的运行库但是现在  
c/c++运行运行库不在区分单线程版还是多线程版了，它们都是多线的  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

# \_begainThreadex和CreateThread #

通常情况大部分的c/c++运行库函数都是线程安全的。所有  
\_begainThreadex和CreateThread使用哪一个都是一样的。但是存在线程安全的函数会怎么样呢？和原先的相比它们被重新设计一遍访问\_tiddata数据块。它们会首先检查是否有关联的\_tiddata（通过TlsGetValue）。如果没有的话就会创建一个\_tiddata.然后在关联这个\_tiddata（通过TlsSetValue）。而且来链接到C/C++运行库的dll版本时。当线程终止时。会受到一个DLL\_THREAD\_DEATH的通知，从而释放\_tiddata块。  
以上的所有好处好像在说明\_begainThreadex和CreateThread都差不多。但是别忘了\_begainThreadex除了设置\_tiddata块还有很多工作要做（异常处理，siganl函数）。所以建议在书写c/c++代码时使用**\_begainThreadex**函数

创建线程的三个方法  
[http://www.cnblogs.com/TenosDoIt/archive/2013/04/15/3022036.html][http_www.cnblogs.com_TenosDoIt_archive_2013_04_15_3022036.html]

线程问题解决  
[http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7392749][http_blog.csdn.net_morewindows_article_details_7392749]

[SouthEast]: /images/20220614/f2d4df0aa40d43b294644b0e1249ab01.png
[SouthEast 1]: /images/20220614/3a89e0b9b14b40479e5674a10db5cf7a.png
[SouthEast 2]: /images/20220614/28f969f1814f4472b90215cb99f739c6.png
[SouthEast 3]: /images/20220614/96a3247d656442a097454387a7be9c5d.png
[http_www.cnblogs.com_TenosDoIt_archive_2013_04_15_3022036.html]: http://www.cnblogs.com/TenosDoIt/archive/2013/04/15/3022036.html
[http_blog.csdn.net_morewindows_article_details_7392749]: http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7392749