?? 漫談兼容內(nèi)核之十六:windows的進(jìn)程間通信.txt
字號(hào):
KeReleaseDispatcherDatabaseLock(OldIrql);
} else {
/* Return Locked and with a Wait */
KTHREAD *Thread = KeGetCurrentThread();
Thread->WaitNext = TRUE;
Thread->WaitIrql = OldIrql;
}
/* Return the previous State */
return PreviousState;
}[/code]
參數(shù)Increment和Wait所起的作用與前面KeReleaseSemaphore()中的相同。所謂“設(shè)置事件”其實(shí)就是一種特殊的、變通的V操作。具體的操作分兩種情況:
1. 如果IsListEmpty()為真,即等待隊(duì)列是空的、沒(méi)有線程在睡眠等待,就把Event->Header.SignalState設(shè)置成1。這樣,如果此后有線程對(duì)此事件對(duì)象執(zhí)行P操作、即NtWaitForSingleObject(),就因此而不必睡眠等待。這對(duì)于通知型和同步型的事件對(duì)象都是一樣。
2. 已經(jīng)有線程在這個(gè)對(duì)象上睡眠等待,那就要從中喚醒一個(gè)或所有線程。這時(shí)候的處理取決于事件對(duì)象的類(lèi)型以及等待的方式:
l 對(duì)于通知型的事件對(duì)象,或者等待者的等待方式是WaitAll,而且此前SignalState為0,就將SignalState置1,并通過(guò)KiWaitTest()喚醒這個(gè)線程,以及等待隊(duì)列中所有符合條件的線程??墒?,要是SignalState本來(lái)就已經(jīng)是1,則沒(méi)有任何影響。
l 否則,對(duì)于同步型的事件對(duì)象,并且等待者的等待方式是WaitAny,就通過(guò)KiAbortWaitThread()喚醒等待隊(duì)列中的第一個(gè)線程。此時(shí)并不改變SignalState的值。因?yàn)榧热粏拘蚜艘粋€(gè)線程,就已經(jīng)把這籌碼消耗掉了。
這里KiWaitTest()和KiAbortWaitThread()的區(qū)別在于:KiWaitTest()是在一個(gè)while循環(huán)中對(duì)等待隊(duì)列中的所有進(jìn)程執(zhí)行KiAbortWaitThread(),條件是SignalState大于0。對(duì)于信號(hào)量,由于每喚醒一個(gè)線程就使SignalState減1,這循環(huán)很快就停止了,一般是只喚醒一個(gè)線程。但是如前所述,通知型事件對(duì)象在喚醒一個(gè)線程的時(shí)候不改變SignalState的值。于是,這個(gè)while循環(huán)就會(huì)喚醒等待隊(duì)列中的所有進(jìn)程。不過(guò)這里也有例外,如果其中的某個(gè)線程是在多個(gè)“可等待對(duì)象”上等待,而且等待方式是WaitAll,那就還要看是否別的條件也滿(mǎn)足了,不然就只好把它跳過(guò),這也是KiWaitTest()的代碼中按排好了的。
前面講過(guò),一旦將通知型事件對(duì)象的SignalState設(shè)置成1,它就一直保持為1,P操作不會(huì)改變它的值。即使再對(duì)其執(zhí)行一次KeSetEvent(),也不會(huì)改變它的值,因?yàn)楸緛?lái)就已經(jīng)是1了。為了使其變成0,以便再次使用這個(gè)事件對(duì)象,就需要對(duì)其執(zhí)行另一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用NtResetEvent()。同樣,NtResetEvent()的主體是KeResetEvent()。
[code][NtSetEvent() > KeResetEvent()]
LONG STDCALL
KeResetEvent(PKEVENT Event)
{
KIRQL OldIrql;
LONG PreviousState;
DPRINT("KeResetEvent(Event %x)\n",Event);
/* Lock the Dispatcher Database */
OldIrql = KeAcquireDispatcherDatabaseLock();
/* Save the Previous State */
PreviousState = Event->Header.SignalState;
/* Set it to zero */
Event->Header.SignalState = 0;
/* Release Dispatcher Database and return previous state */
KeReleaseDispatcherDatabaseLock(OldIrql);
return PreviousState;
}[/code]
解釋就沒(méi)有必要了。注意調(diào)用NtResetEvent()的不必就是NtSetEvent()的調(diào)用者,而可以是別的線程或內(nèi)核模塊。不過(guò)有些內(nèi)核模塊只能調(diào)用KeResetEvent(),而不是NtResetEvent()。
Windows還有個(gè)系統(tǒng)調(diào)用NtPulseEvent(),這是把NtSetEvent()和NtResetEvent()組合在了一起,相當(dāng)于先NtSetEvent()、然后馬上就NtResetEvent()。這樣,其效果就是喚醒已經(jīng)在通知型事件對(duì)象上等待的所有線程,但是下不為例。而對(duì)于同步型事件對(duì)象則大致等同于NtSetEvent()。
可見(jiàn),雖然“事件”實(shí)質(zhì)上是“信號(hào)量”的一種特例和變種,但是在使用上卻有著明顯的差別。信號(hào)量的“正宗”的用途是構(gòu)筑臨界區(qū)。在這種應(yīng)用中,一個(gè)線程得以通過(guò)P操作進(jìn)入臨界區(qū)的原因可能是有另一個(gè)線程執(zhí)行了V操作,但是既然進(jìn)了臨界區(qū)就總有從臨界區(qū)退出而執(zhí)行V操作的時(shí)候。這樣,一個(gè)線程在P操作以后總是有個(gè)V操作。從總體上看,每個(gè)線程的P操作和V操作是平衡的、即數(shù)量相等的。但是“事件”則不同,“事件”并不是用來(lái)構(gòu)筑臨界區(qū)、而純粹是用于線程間同步的。在這里,等待事件發(fā)生的一方總是執(zhí)行P操作,而發(fā)出事件通知的一方則總是執(zhí)行V操作。在前面對(duì)于“信號(hào)量”的比喻中把P操作比作領(lǐng)取通行證,把V操作比作交還通行證。相比之下,對(duì)于“事件”則相當(dāng)于領(lǐng)取的通行證從來(lái)不交還,而另有供應(yīng)者在不時(shí)地提供新的通行證。而且,特別有意義的是,發(fā)出事件通知的一方還不必非得是一個(gè)線程,也可以是內(nèi)核中的某些子系統(tǒng),例如設(shè)備驅(qū)動(dòng),所以也可以用于線程與內(nèi)核之間的同步,特別是廣泛地應(yīng)用于設(shè)備驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然,發(fā)出事件通知的一方更不必局限于某一個(gè)特定的線程,而是任何一個(gè)線程都可以。
為了幫助讀者加深對(duì)事件機(jī)制的理解,下面是一個(gè)內(nèi)核線程DebugLogThreadMain的代碼:
[code]VOID STDCALL
DebugLogThreadMain(PVOID Context)
{
KIRQL oldIrql;
IO_STATUS_BLOCK Iosb;
static CHAR Buffer[256];
ULONG WLen;
for (;;)
{
LARGE_INTEGER TimeOut;
TimeOut.QuadPart = -5000000; /* Half a second. */
KeWaitForSingleObject(&DebugLogEvent, 0, KernelMode, FALSE, &TimeOut);
KeAcquireSpinLock(&DebugLogLock, &oldIrql);
while (DebugLogCount > 0)
{
if (DebugLogStart > DebugLogEnd)
{
WLen = min(256, DEBUGLOG_SIZE - DebugLogStart);
memcpy(Buffer, &DebugLog[DebugLogStart], WLen);
Buffer[WLen + 1] = '\n';
DebugLogStart = (DebugLogStart + WLen) % DEBUGLOG_SIZE;
DebugLogCount = DebugLogCount - WLen;
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
NtWriteFile(DebugLogFile, NULL, NULL, NULL, &Iosb, Buffer, WLen + 1,
NULL, NULL);
}
else
{
WLen = min(255, DebugLogEnd - DebugLogStart);
memcpy(Buffer, &DebugLog[DebugLogStart], WLen);
DebugLogStart =
(DebugLogStart + WLen) % DEBUGLOG_SIZE;
DebugLogCount = DebugLogCount - WLen;
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
NtWriteFile(DebugLogFile, NULL, NULL, NULL, &Iosb, Buffer, WLen,
NULL, NULL);
}
KeAcquireSpinLock(&DebugLogLock, &oldIrql);
}
KeResetEvent(&DebugLogEvent);
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
}
}[/code]
這個(gè)內(nèi)核線程是為內(nèi)核調(diào)試日志(Log)服務(wù)的。內(nèi)核中有個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)DebugLog[],以及用作該數(shù)組下標(biāo)的變量DebugLogStart和DebugLogEnd,還有表示環(huán)形緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的變量DebugLogCount。不管是哪一個(gè)線程,只要是進(jìn)入了內(nèi)核,如果需要在日志中寫(xiě)上一筆,就可以把字符串拷貝到這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)中,然后要求這個(gè)內(nèi)核線程把內(nèi)容寫(xiě)到一個(gè)日志文件中。為此當(dāng)然需要同步,這是通過(guò)一個(gè)(同步型)事件對(duì)象DebugLogEvent達(dá)成的。由于是在內(nèi)核中,所以這里對(duì)事件對(duì)象的操作都直接調(diào)用其內(nèi)核版本,例如KeResetEvent()、而不是NtResetEvent()。此外,對(duì)于環(huán)形緩沖區(qū)的使用當(dāng)然還需要互鎖,這是通過(guò)“空轉(zhuǎn)鎖”DebugLogLock實(shí)現(xiàn)的,不過(guò)那不是我們此刻所關(guān)心的。
每當(dāng)需要生成一項(xiàng)日志時(shí),可以調(diào)用DebugLogWrite():
[code]VOID
DebugLogWrite(PCH String)
{
KIRQL oldIrql;
. . . . . .
KeAcquireSpinLock(&DebugLogLock, &oldIrql);
if (DebugLogCount == DEBUGLOG_SIZE)
{
DebugLogOverflow++;
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
if (oldIrql < DISPATCH_LEVEL)
{
KeSetEvent(&DebugLogEvent, IO_NO_INCREMENT, FALSE);
}
return;
}
while ((*String) != 0)
{
DebugLog[DebugLogEnd] = *String;
String++;
DebugLogCount++;
if (DebugLogCount == DEBUGLOG_SIZE)
{
DebugLogOverflow++;
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
if (oldIrql < DISPATCH_LEVEL)
{
KeSetEvent(&DebugLogEvent, IO_NO_INCREMENT, FALSE);
}
return;
}
DebugLogEnd = (DebugLogEnd + 1) % DEBUGLOG_SIZE;
}
KeReleaseSpinLock(&DebugLogLock, oldIrql);
if (oldIrql < DISPATCH_LEVEL)
{
KeSetEvent(&DebugLogEvent, IO_NO_INCREMENT, FALSE);
}
}[/code]
對(duì)于這段代碼,以及對(duì)于DebugLogWrite()和DebugLogThreadMain()之間怎樣互動(dòng),這里就不作解釋了。只是要指出:DebugLogWrite()的每次執(zhí)行可能都在不同線程的上下文里、代表著不同的線程,因?yàn)槿魏尉€程都可以調(diào)用DebugLogWrite()。另外,想必讀者已經(jīng)注意到,KeResetEvent()是由DebugLogThreadMain()自己調(diào)用、而不是由別的線程調(diào)用的。
介紹完事件對(duì)象,還應(yīng)該提一下,Windows還有一種特殊的“事件對(duì)(EventPair)”對(duì)象。與此有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用有這么一些:
[code] NtCreateEventPair()
NtOpenEventPair()
NtWaitHighEventPair()
NtWaitLowEventPair()
NtSetHighWaitLowEventPair()
NtSetLowWaitHighEventPair()
NtSetHighEventPair()
NtSetLowEventPair()[/code]
顧名思義,“事件對(duì)”就是把兩個(gè)事件對(duì)象緊密地組合在一起。事實(shí)上也正是如此,一個(gè)事件對(duì)由“高”、“低”兩個(gè)事件對(duì)象組合構(gòu)成,其設(shè)計(jì)意圖是用于“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向進(jìn)程間通信。實(shí)際上這是為提高Windows進(jìn)程與服務(wù)進(jìn)程Csrss之間的通信效率而設(shè)置的(Csrss是Windows子系統(tǒng)的管理/服務(wù)進(jìn)程)。早期的csrss承擔(dān)著許多操作,Windows進(jìn)程與Csrss之間的通信非常頻繁,所以其效率至關(guān)重要。這種進(jìn)程間通信的典型情景就是一方喚醒另一方、自身卻又進(jìn)入睡眠,反過(guò)來(lái)等待被對(duì)方喚醒,就像打乒乓球一樣,為此就專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了NtSetHighWaitLowEventPair()和NtSetLowWaitHighEventPair()兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。不僅如此,為了盡可能地提高效率(在這種情況下的優(yōu)化甚至是以CPU的時(shí)鐘周期數(shù)計(jì)算的),還專(zhuān)門(mén)單獨(dú)分配了兩個(gè)中斷向量0x2B和0x2C,而不跟別的系統(tǒng)調(diào)用合用0x2E。不過(guò),后來(lái)Csrss的許多操作被移到了內(nèi)核中,不再需要那么頻繁的進(jìn)程間通信了,因而在效率上的容忍度也寬松了一些,所以現(xiàn)在又回到了0x2E,而不再使用0x2B和0x2C這兩個(gè)中斷向量。
5. 命名管道(Named Pipe)和信箱(Mail Slot)
前面提到,如果從字面上理解,那么進(jìn)程間通信也可以通過(guò)磁盤(pán)文件而實(shí)現(xiàn)。但是,把信息寫(xiě)入某個(gè)磁盤(pán)文件,再由另一個(gè)進(jìn)程從磁盤(pán)文件讀出,在速度上是很慢的。固然,由于文件緩沖區(qū)(Cache)的存在,對(duì)磁盤(pán)文件的寫(xiě)和讀未必都經(jīng)過(guò)磁盤(pán),但是那并沒(méi)有保證。再說(shuō),普通的文件操作也沒(méi)有提供進(jìn)程間同步的手段。所以通過(guò)普通的磁盤(pán)文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信是不太現(xiàn)實(shí)的。但是這也提示我們,如果能實(shí)現(xiàn)一種特殊文件,使得對(duì)文件的讀寫(xiě)只在緩沖區(qū)中進(jìn)行(而不寫(xiě)入磁盤(pán)),并且實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步,那倒是個(gè)不壞的主意。命名管道就是這樣一種特殊文件。實(shí)際上,命名管道還不僅是這樣的特殊文件,它還是一種網(wǎng)絡(luò)通信的機(jī)制,只是當(dāng)通信的雙方存在于同一臺(tái)機(jī)器上時(shí),才落入本文所說(shuō)的進(jìn)程間通信的范疇。
既然命名管道是一種特殊文件,它的創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫(xiě)等等操作就基本上都可以利用文件系統(tǒng)中的有關(guān)資源加以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,這畢竟是一種特殊文件,對(duì)于使用者來(lái)說(shuō),最大的特殊之處在于這是一個(gè)“先進(jìn)先出”的字節(jié)流,不能對(duì)其執(zhí)行l(wèi)seek()一類(lèi)的操作。
先看命名管道的創(chuàng)建,Windows的Win32 API上提供了一對(duì)庫(kù)函數(shù)CreateNamedPipeA()和CreateNamedPipeW(),前者用于ASCII碼字符串,后者用于“寬字符”即Unicode的字符串,實(shí)際上前者只是把8位字符轉(zhuǎn)換成Unicode以后再調(diào)用后者。對(duì)CreateNamedPipeW()的調(diào)用大致如下:
[code] Handle = CreateNamedPipeW(L"[A]\\\\.\\pipe\\MyCont
?? 快捷鍵說(shuō)明
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