Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

Пример: сервер, обнаруживаемый клиентами

Программа 11.4 представляет функцию потока, которую сервер командной строки (программа 11.3), выступающий в роли почтового клиента, использует для широковещательной рассылки имени своего канала ожидающим клиентам. Возможно существование нескольких серверов с различными характеристиками и именами каналов, и клиенты получают их имена, используя почтовый ящик с известным именем. Эта функция запускается как поток программой 11.3.

Примечание

На практике многие клиент-серверные системы инвертируют используемую здесь логику поиска. Суть альтернативного варианта заключается в том, что клиент приложения действует и как почтовый клиент, осуществляя широковещательную рассылку сообщений, требующих, чтобы сервер ответил с использованием указанного именованного канала (имя канала определяется клиентом и включается в сообщение). Затем сервер приложения, действующий в качестве почтового сервера, считывает запрос и создает соединение с использованием указанного именованного канала.

Программа 11.4. SrvrBcst: функция потока почтового клиента 

static DWORD WINAPI ServerBroadcast(LPLONG pNull) {

 MS_MESSAGE MsNotify;

 DWORD nXfer;

 HANDLE hMsFile;

 /*Открыть почтовый ящик для записывающей программы почтового "клиента"*/

 while (!ShutDown) { /* Цикл выполняется до тех пор, пока имеются серверные потоки. */

  /* Ждать, пока другой клиент не откроет почтовый ящик. */

  Sleep(CS_TIMEOUT);

  hMsFile = CreateFile(MS_CLTNAME, GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN EXISTING, FILE ATTRIBUTE NORMAL, NULL); 

  if (hMsFile == INVALID_HANDLE_VALUE) continue;

  /* Отправить сообщение в почтовый ящик. */

  MsNotify.msStatus = 0;

  MsNotify.msUtilization = 0;

  _tcscpy(MsNotify.msName, SERVER_PIPE);

  if (WriteFile(hMsFile, &MsNotify, MSM_SIZE, &nXfer, NULL)) ReportError(_T("Ошибка записи почтового сервера."), 13, TRUE);

  CloseHandle(hMsFile);

 }

 _tprintf(_T("Закрытие контролирующего потока.\n"));

 _endthreadex(0);

 return 0;

} 

В программе 11.5 представлена функция, которая вызывается клиентом (см. программу 11.2) для обнаружения сервера.

Программа 11.5. LocSrvr: почтовый сервер 

/* Глава 11. LocSrver.c */

/* Найти сервер путем считывания информации из почтового ящика, используемого для широковещательной рассылки имен серверов. */

#include "EvryThng.h"

#include "ClntSrvr.h" /* Определяет имя почтового ящика. */

BOOL LocateServer(LPTSTR pPipeName) {

 HANDLE MsFile;

 MS_MESSAGE ServerMsg;

 BOOL Found = FALSE;

 DWORD cbRead;

 MsFile = CreateMailslot(MS_SRVNAME, 0, CS_TIMEOUT, NULL);

 while (!Found) {

  _tprintf(_T("Поиск сервера.\n"));

  Found = ReadFile(MsFile, &ServerMsg, MSM_SIZE, &cbRead, NULL);

 }

 _tprintf(_T("Сервер найден.\n"));

 CloseHandle(MsFile);

 /* Имя канала сервера. */

 _tcscpy(pPipeName, ServerMsg.msName);

 return TRUE;

}

Комментарии по поводу многопоточных моделей

Для описания методов проектирования многопоточных программ используются такие термины, как пул потоков (thread pool), симметричные потоки (symmetric threads) и асимметричная потоковая организация программ (asymmetric threading), а мы при создании примеров использовали модель "хозяин/рабочий", именованные каналы и другие классические модели организации многопоточного выполнения программ.

В этом разделе дано краткое объяснение некоторых полезных описательных терминов, которые являются неотъемлемой частью объектно-ориентированной технологии, основанной на разработанной компанией Microsoft модели компонентных объектов (Component Object Model, СОМ; см. [3]): однопоточная модель (single threading), модель апартаментных потоков (apartment model) и модель свободных потоков (free threading). В СОМ эти модели реализуются за счет использования функций Windows, предназначенных для управления потоками и синхронизации их выполнения. Каждая из перечисленных моделей обладает отличными от других характеристиками производительности и предъявляет свои требования к синхронизации.

• Пул потоков — это совокупность потоков, доступных для использования по мере необходимости. С помощью рис. 7.1 и программы 11.3 иллюстрируется пул потоков, которые могут назначаться новым клиентам, подключающимся к соответствующему именованному каналу. При отсоединении клиента поток возвращается в пул.

• Потоковая модель является симметричной, если группа потоков выполняют одну и ту же задачу с использованием одной и той же функции потока. Симметричные потоки используются в программе grepMT (программа 7.1): все потоки выполняют один и тот же код поиска шаблона. Обратите внимание, что эти потоки не образуют пула; каждый из них создается для выполнения определенной задачи и завершается сразу же после того, как задача выполнена. Пул симметричных потоков создается в программе 11.3.

• Потоковая модель является асимметричной, если различные потоки выполняют различные задачи с использованием различных функций потока. Так, функция потока широковещательной рассылки сообщений, представленная на рис. 7.1 и реализованная в программе 11.4, и функция сервера соответствуют модели асимметричных потоков.

• В соответствии с терминологией СОМ объект является однопоточным, если доступ к нему может получать только один поток. Это означает, что доступ к такому объекту сериализуется. В случае сервера базы данных таким объектом будет сама база данных. В примерах, приведенных в настоящей главе, многопоточная модель используется для организации доступа к объекту, в качестве которого могут рассматриваться программы и файлы, расположенные на компьютере сервера. 

• В соответствии с терминологией СОМ об апартаментной модели следует говорить тогда, когда для каждого экземпляра объекта назначается отдельный поток. Так, отдельные потоки могут назначаться для осуществления доступа к разным базам данных или частям базы данных. Доступ к объекту сериализуется с помощью единственного потока.

• Объект, соответствующий модели свободных потоков, имеет поток, который обычно назначается ему из пула потоков по запросу. Обсуждавшийся в настоящей главе сервер можно считать сервером со свободными потоками, если соединение рассматривать как запрос. Аналогично, если сервер базы данных поддерживается потоками, то можно говорить о том, что база данных соответствует модели свободных потоков.

Некоторые программы, например sortMT (программа 7.2), в рамки ни одной из перечисленных моделей точно не укладываются. Вспомните также, что нами уже использовались и другие модели, а именно, модель "хозяин/рабочий", именованные каналы и клиент-серверные модели, применение которых является общепринятым, однако не находит отражения в моделях Microsoft.

Применение указанных моделей многопоточного программирования оказывается уместным и в главе 12, в которой вводятся внутрипроцессные серверы, и компания Microsoft использует соответствующие термины в некоторой части своей документации. Не забывайте о том, что эти термины определены применительно к СОМ-объектам; предыдущее обсуждение показало, как использовать их в более широком контексте. СОМ — это слишком большой и сложный предмет, чтобы мы могли полностью описать его в данной книге. В списке литературы, приведены некоторые ссылки, которыми вы можете воспользоваться для получения более подробных сведений по этому вопросу.

Резюме

Каналы и почтовые ящики Windows, доступ к которым осуществляется с помощью операций файлового ввода/вывода, обеспечивают поточное межпроцессное и сетевое взаимодействие. В примерах продемонстрировано, как организовать передачу данных из одного процесса в другой при помощи каналов и как построить простую многопоточную клиент-серверную систему. Кроме того, каналы обеспечивают дополнительную возможность синхронизации потоков, поскольку считывающий поток блокируется до тех пор, пока другой поток не выполнит запись в канал.

В следующих главах

В главе 12 для осуществления межпроцессного и сетевого взаимодействия вместо оригинальных механизмов Windows привлечены стандартные механизмы. Прежний вариант клиент-серверной системы переработан с использованием стандартных методов и дополнительно усовершенствован за счет некоторого улучшения серверной части.

Упражнения

11.1. Проведите эксперименты с целью проверки справедливости приведенных ранее утверждений относительно повышения производительности, обеспечиваемого использованием функции TransactNamedPipe. Для этого вам придется внести в существующий код сервера некоторые изменения. Кроме того, сопоставьте полученные результаты с теми, к которым приводит текущая реализация.