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操作系统
线程—第一课时
计算机系统由硬件和软件两部分组成，操作系统OS（OperatingSystem）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩充。
操作系统的定义：
是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以及方便用户的程序和数据的集合。
见下图：
当前windows操作系统属于实时操作系统，也是抢占式操作系统。
它有这样几个特性：
并发、共享、虚拟、异步。
操作系统的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序有条不紊地、高效的运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。
在传统的操作系统中，程序并不能独立运行，作为资源分配和独立运行的基本单位是进程。
如果说，在操作系统中，引入进程的目的，是为了是多个程序能并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量，那么，在操作系统中，引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的开销。
线程的定义：
线程（thread,台湾称执行绪）是"进程"中某个单一顺序的控制流。
也被称为轻量进程（lightweightprocesses）。
计算机科学术语，指运行中的程序的调度单位。
线程两部分组成：
一个是线程的内核对象操作系统用它管理线程。
系统还用内核对象来存放线程统计信息的地方。
一个线程栈用于维护线程执行时所需的所有函数参数和局部变量。
1）轻型实体
线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源，比如，在每个线程中都应具有一个用于控制线程运行的线程控制块TCB，用于指示被执行指令序列的程序计数器、保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器和堆栈。
2）独立调度和分派的基本单位。
在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。
由于线程很“轻”，故线程的切换非常迅速且开销小。
3）可并发执行。
在一个进程中的多个线程之间，可以并发执行，甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行；同样，不同进程中的线程也能并发执行。
4）共享进程资源。
在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：
所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程可以访问该地址空间的每一个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。
线程与进程的区别可以归纳为以下几点：
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：
进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。
某进程内的线程在其它进程不可见。
2）通信：
进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
3）调度和切换：
线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
并行是指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
并发是指在同一时刻，只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。
“并行”是指无论从微观还是宏观，二者都是一起执行的，就好像两个人各拿一把铁锨在挖坑，一小时后，每人一个大坑。
而“并发”在微观上不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行，从宏观外来看，好像是这些进程都在执行，这就好像两个人用同一把铁锨，轮流挖坑，一小时后，两个人各挖一个小一点的坑，要想挖两个大一点得坑，一定会用两个小时。
从以上本质不难看出，“并发”执行，在多个进程存在资源冲突时，并没有从根本提高执行效率。
何时创建线程？
比如公交车，一个司机开一圈，两个司机开一圈，时间可能两个司机更慢一些。
多此一举。
接下来我们来由一个例子引入线程：
在一个按钮的事件处理中：
while（i<=100/*&&p->m_bflag*/）
{
Sleep（20）;
p->m_progressCtrl.SetPos（i++）;
}
当程序在走while循环时，程序死等在那里，只有while循环结束，才能继续执行其他代码。
因此引入线程.
一、首先，创建线程：
Win32提供了一系列的API函数来完成线程的创建、挂起、恢复、终结以及通信等工作。
下面将选取其中的一些重要函数进行说明。
1、HANDLECreateThread（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,
DWORDdwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,
LPVOIDlpParameter,
DWORDdwCreationFlags,
LPDWORDlpThreadId）;
该函数在其调用进程的进程空间里创建一个新的线程，并返回已建线程的句柄，其中各参数说明如下：
lpThreadAttributes：
指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，该结构决定了线程的安全属性，一般置为NULL；
dwStackSize：
指定了线程的堆栈深度，一般都设置为0；
lpStartAddress：
表示新线程开始执行时代码所在函数的地址，即线程的起始地址。
一般情况为（LPTHREAD_START_ROUTINE）ThreadFunc，ThreadFunc是线程函数名；
lpParameter：
指定了线程执行时传送给线程的32位参数，即线程函数的参数；
dwCreationFlags：
控制线程创建的附加标志，可以取两种值。
如果该参数为0，线程在被创建后就会立即开始执行；如果该参数为CREATE_SUSPENDED,则系统产生线程后，该线程处于挂起状态，并不马上执行，直至函数ResumeThread被调用；
lpThreadId：
该参数返回所创建线程的ID；
如果创建成功则返回线程的句柄，否则返回NULL。
2、DWORDSuspendThread（HANDLEhThread）;
该函数用于挂起指定的线程，如果函数执行成功，则线程的执行被终止。
3、DWORDResumeThread（HANDLEhThread）;
该函数用于结束线程的挂起状态，执行线程。
4、VOIDExitThread（DWORDdwExitCode）;
该函数用于线程终结自身的执行，主要在线程的执行函数中被调用。
其中参数dwExitCode用来设置线程的退出码。
5、BOOLTerminateThread（HANDLEhThread,DWORDdwExitCode）;
一般情况下，线程运行结束之后，线程函数正常返回，但是应用程序可以调用TerminateThread强行终止某一线程的执行。
各参数含义如下：
hThread：
将被终结的线程的句柄；
dwExitCode：
用于指定线程的退出码。
使用TerminateThread（）终止某个线程的执行是不安全的，可能会引起系统不稳定；虽然该函数立即终止线程的执行，但并不释放线程所占用的资源。
因此，一般不建议使用该函数。
6、BOOLPostThreadMessage（DWORDidThread,
UINTMsg,
WPARAMwParam,
LPARAMlParam）;
该函数将一条消息放入到指定线程的消息队列中，并且不等到消息被该线程处理时便返回。
idThread：
将接收消息的线程的ID；
Msg：
指定用来发送的消息；
wParam：
同消息有关的字参数；
lParam：
同消息有关的长参数；
调用该函数时，如果即将接收消息的线程没有创建消息循环，则该函数执行失败。
二、写个例子：
类似播放器的按钮，开始、暂停和停止
1点击开始按钮—创建线程
m_hThread=CreateThread（NULL,//是否被继承
0,//线程堆栈的大小
&ThreadProc,//函数的地址
this,//线程函数参数
CREATE_SUSPENDED,//创建标志0立即执行
&m_nid//线程ID
）;
if（!
m_hThread）
{
MessageBox（_T（"线程创建失败"））;
}
ResumeThread（m_hThread）;//恢复线程
创建线程函数
DWORDWINAPICthreadDlg:
:
ThreadProc（LPVOIDlpParameter）
{
CthreadDlg*p=（CthreadDlg*）lpParameter;
while（1/*p->m_bflag*/）
{
//如果事件有信号则结束当前线程
if（WaitForSingleObject（p->m_hEvent,100）==WAIT_OBJECT_0）
{
break;
}
inti=0;
while（i<=100/*&&p->m_bflag*/）
{
Sleep（20）;
p->m_progressCtrl.SetPos（i++）;
}
}
//有信号
SetEvent（p->m_hCheckEvent）;
return0;
}
2.点击暂停–挂起线程
SuspendThread（m_hThread）;
3点击停止---结束线程
结束线程时有3种方法
（1）全局变量
（2）事件（双事件）
将一个事件置为有信号，则线程中有个等待函数，当等到信号，则跳出循环，线程结束。
（3）强制终止
Exitthread（）结束线程，只能结束当前线程，将操作系统分配的资源回收
Terminatethread（）结束任意线程，不会释放该线程资源，直到包含当前线程的进程结束。
用户界面线程—1课时
1.用MFC的afxBeginthread创建线程有两种
工作者线程：
后台运行，没有自己的消息队列，直到向这个线程中发送消息，系统会为此线程创建一个消息队列.
用户界面线程：
有自己的界面和消息队列。
创建用户界面线程的步骤：
1.添加一个对话框类
2.添加一个又CWinThread派生的一个线程类
在线程的初始化函数InitInstance中
Cdigdig;
m_pMainwnd=&dig；//将对话框和线程类联系在一块，作为用户界面线程的主窗口.
Dig.domodal（）;
问题：
1.如果先关闭自己创建出来的线程，最后关闭进程的主线程没问题。
如果直接关闭主线程，则会有内存泄露，为什么呢？
原因是由于包含自己创建的线程的进程已经结束，自己线程强制终止，造成内存泄露。
解决方法：
在主线程退出之前，将自己创建的线程一一结束。
（通过发送消息的方式）。
代码如下：
//结束自己创建出来的线程
for（inti=0;i{
m_pthread[i]->PostThreadMessage（WM_QUIT,0,0）;
WaitForSingleObject（m_pthread[i]->m_hThread,INFINITE）;
}
线程间通信—1课时
线程间通信有两种方法：
1.全局变量
2.发送消息
由一个例子说明：
题目：
首先点击启动线程创建一个线程A，然后去选择一个要去运算的数，点击计算的时候，将这个数由主线程----线程A，线程A计算出结果，将结果由线程A---主线程
1.启动线程
m_hThread=CreateThread（NULL,0,&ThreadProc,this,CREATE_SUSPENDED,&m_nThreadID）;
if（!
m_hThread）
{
MessageBox（_T（"创建线程失败"））;
}
ResumeThread（m_hThread）;
DWORDWINAPICthread2Dlg:
:
ThreadProc（LPVOIDlpParameter）
{
Cthread2Dlg*pthis=（Cthread2Dlg*）lpParameter;
MSGmsg;
while
（1）
{
intsum=0;
if（PeekMessage（&msg,NULL,0,0,PM_REMOVE））
{
if（msg.message==UM_MSG）
{
for（inti=0;i<=msg.wParam/*pthis->m_nsum*/;i++）
{
sum+=i;
}
//将计算结果返回到主线程
//pthis->PostMessage（UM_MSG,sum）;
//theApp.PostThreadMessage（UM_MSG,sum,0）;
/*CStringstr;
str.Format（_T（"%d"）,sum）;
pthis->GetDlgItem（IDC_EDIT1）->SetWindowText（str）;*/
}
}
}
return0;
}
2.计算
//获得当前点击的单选按钮（即要计算的值）
UpdateData（TRUE）;
switch（m_nradio）
{
case0:
m_nsum=100;
break;
case1:
m_nsum=1000;
break;
case2:
m_nsum=10000;
break;
}
//将要计算的结果发送给线程A
PostThreadMessage（m_nThreadID,UM_MSG,m_nsum,0）;
注意：
如果是通过//theApp.PostThreadMessage（UM_MSG,sum,0）;将数据由线程A发向UI线程，则应该在APP类中，添加响应线程的自定义消息代码如下：
voidonmsg（WPARAMwparam,LPARAMlparam）;
ON_THREAD_MESSAGE（UM_MSG,&Cthread2App:
:
onmsg）
voidCthread2App:
:
onmsg（WPARAMwparam,LPARAMlparam）
{
CStringstr;
str.Format（_T（"%d"）,wparam）;
//GetDlgItem（IDC_EDIT1）->SetWindowText（str）;
}
线程同步—2课时
虽然多线程能给我们带来好处，但是也有不少问题需要解决。
例如，对于像磁盘驱动器这样独占性系统资源，由于线程可以执行进程的任何代码段，且线程的运行是由系统调度自动完成的，具有一定的不确定性，因此就有可能出现两个线程同时对磁盘驱动器进行操作，从而出现操作错误；又例如，对于银行系统的计算机来说，可能使用一个线程来更新其用户数据库，而用另外一个线程来读取数据库以响应储户的需要，极有可能读数据库的线程读取的是未完全更新的数据库，因为可能在读的时候只有一部分数据被更新过。
使隶属于同一进程的各线程协调一致地工作称为线程的同步。
MFC提供了多种同步对象，下面只介绍最常用的四种：
临界区（CCriticalSection）
事件（CEvent）
互斥量（CMutex）
信号量（CSemaphore）
通过这些类，可以比较容易地做到线程同步。
由一个卖火车票例子引入：
现在由xx地到xx地有1000张车票，火车站有10个窗口同时售票，直到卖完为止。
解题思路：
首先，创建10个线程，同时执行卖票操作，线程在操作系统中并行或者并发的运行，不能保证同一张票就卖给一个人，或者可能卖到负数的情况。
所以引入临界区和互斥量。
0.考虑到多个线程访问一个变量的问题。
可以采用原子访问。
原子访问：
指的是一个线程在访问某个资源的同时，能够保证没有其他线程会在同一时刻访问同一资源。
Interlocked系列。
InterlockedExchangeAdd（&g_x,1）;
InterlockedIncrement（&g_x）;
InterlockedDecrement（&g_x）;
Interlocked系列函数非常好用。
我们当然优先考虑使用它们。
但是大多数实际的编程问题需要处理的数据结构往往比一个简单的32位值或者64位值复杂的多。
这个时候需要用到关键段即临界区。
关键段：
是一小段代码，它在执行之前需要独占对一些共享资源的访问权。
这种方式可以让多行代码以“原子方式”来对资源进行操控。
这里的原子方式，指的是代码知道除了当前线程外，没有其他任何线程会同时访问该资源。
当前系统仍然可以暂停当前线程去调度其他的线程，但是在当前线程离开关键段之前，系统是不会调度任何想要访问同一资源的其他线程。
CRITICAL_SECTIONg_cs;//比如飞机上的卫生间，马桶则是我们要保存的数据
IniticalizeCriticalsection（&g_cs）;//初始化CRITICAL_SECTION中的成员变量
EnterCriticalSection（&g_cs）;//线程用它来检查占用标志的函数
//有如下几种情况,
（1）如果当前没有线程在访问资源（卫生间门上显示为无人），那么它将允许调用线程进入“卫生间”。
将门上的标志置为有人.
（2）如果EnterCriticalSection发现已经有另一个线程在“卫生间”，那么调用线程在“卫生间”门外等待（系统会为第一想要访问该“卫生间”的线程创建一个事件的内核对象，将其由用户模式切换到内核模式，处于等待状态），直到另一个线程离开“卫生间”为止。
（系统会从一些想要访问“卫生间”的线程中，将其中一个线程置为可调度状态）
LeaveCriticalSection（&g_cs）;//离开“卫生间”，门上重新置为无人
DeleteCriticalsection（&g_cs）;//删除事件的内核对象，以及为CRITICAL_SECTION初始化的资源。
注意：
如果现在有线程正在访问临界区，其他想要访问临界区的线程走到EnterCriticalSection的时候，EnterCriticalSection会把此线程由用户模式切换到内核模式（切换的时间大约是1000个CPU周期），当访问临界区的线程离开临界区，系统会将想要访问临界区的线程切换到可调度的状态。
切换过于浪费时间，
（1）所以可以用TryEnterCriticalSection来代替EnterCriticalSection。
TryEnterCriticalSection线程在访问时，如果不能访问资源，那么它继续做其他事情，而不用等待。
（2）用旋转锁。
为了提高关键段的性能，microsoft把旋转锁合并到了关键段中.因此，当调用EnterCriticalSection的时候，它会用一个旋转锁不断的循环，尝试在一段时间内获得访问权。
只有当尝试失败的时候，线程才会切换到内核模式并进入等待状态。
为了在使用关键段的时候同时使用旋转锁，我们必须调用下面的函数来初始化关键段。
boolInitializeCriticalSectionAndSpinCount（
PCRITICAL_SECTIONpcs,
DOWDdwSpinCount
）;
SetCriticalSectionSpinCount（//改变旋转锁的次数
PCRITICAL_SECTIONpcs,
DOWDdwSpinCount
）
关键段和错误处理
一．使用CCriticalSection类
当多个线程访问一个独占性共享资源时,可以使用“临界区”对象。
任一时刻只有一个线程可以拥有临界区对象，拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他希望进入临界区的线程将被挂起等待，直到拥有临界区的线程放弃临界区时为止，这样就保证了不会在同一时刻出现多个线程访问共享资源。
CCriticalSection类的用法非常简单，步骤如下：
1.定义CCriticalSection类的一个全局对象（以使各个线程均能访问），如CCriticalSectioncritical_section；
2.在访问需要保护的资源或代码之前，调用CCriticalSection类的成员Lock（）获得临界区对象：
critical_section.Lock（）;
3.在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区。
如果此时没有其它线程占有临界区对象，则调用Lock（）的线程获得临界区；否则，线程将被挂起，并放入到一个系统队列中等待，直到当前拥有临界区的线程释放了临界区时为止。
4.访问临界区完毕后，使用CCriticalSection的成员函数Unlock（）来释放临界区：
critical_section.Unlock（）;
通俗讲，就是线程A执行到critical_section.Lock（）;语句时，如果其它线程（B）正在执行critical_section.Lock（）;语句后且critical_section.Unlock（）;语句前的语句时，线程A就会等待，直到线程B执行完critical_section.Unlock（）;语句，线程A才会继续执行。
二．使用互斥量CMUTEX类
互斥量内核对象用来确保一个线程独占对于一个资源的访问。
互斥量的用法相当于现在有一堆人，等待空中的气球（互斥量），一旦有人抢到了，则他独占，直到他释放互斥量。
互斥对象包含一个使用计数、线程ID以及一个递归计数。
线程ID：
用来标识当前占用这个互斥量的是系统中那个线程。
如果为false则此互斥量是触发状态，否则，当前线程有对互斥量的拥有权。
直到他释放，其他线程才可以拥有。
递归计数：
表示这个线程占用该互斥量的次数。
互斥量CMUTEX类的用法非常简单，步骤如下：
1.创建互斥量
HANDLECreateMutex（
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,//安全属性
BOOLbInitialOwner,//如果为false则此互斥量是触发状态，否则，当前线程有对互斥量的拥有权。
LPCTSTRlpName//互斥量的名字
）;
2.在线程函数中抢互斥量的拥有权，一旦拥有，则其他线程不可以再去抢夺
WaitForSingleObject（pthis->m_mutex,INFINITE）;
直到此线程调用
ReleaseMutex（pthis->m_mutex）;
其他线程可以继承，抢夺对互斥量的拥有权。
互斥对象与临界区对象很像.互斥对象与临界区对象的不同在于:
1.互斥对象可以在进程间使用,而临界区对象只能在同一进程的各线程间使用。
当然，互斥对象也可以用于同一进程的各个线程间，但是在这种情况下，使用临界区会更节省系统资源，更有效率。
2.关键段（临界区对象）是用户模式下的同步对象，所以效率会高一些。
互斥量是内核对象，内核对象的唯一缺点就是它们的性能。
调用线程必须从用户模式切换到内核模式。
这种切换是非常耗时的：
在X86平台上，一个空的系统调用大概会占用200个CPU周期—当然，这还不包括执行被调用函数在内核
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