PoEdu - Windows階段班 【Po學校】Lesson006_線程_線程的啟動到消亡 &線程狀態 & 安全執行緒 & CONTEXT結構體 & 令牌鎖

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• 011_線程啟動到死亡的詳細講解
  • 1. 線程核心對象
    • 使用計數 2 ##決定當前線程何時銷毀
    • 暫停計數 1 ##UINT類型初始為1，可以暫停多次，如置為0則取消暫停。
    • 結束代碼 STILL_ACTIVE
    • Signaled FALSE
    • CONTEXT 為空白
  • 2. 棧
    ##在隸屬於當前進程的空間中，分配一塊“棧”空間，以供線程使用
    • 參數 lpParam
    • 入口地址 lpfnAddr
  • 3. CONTEXT
    ##線程上一次運行時的寄存器
    • IP(指令寄存器) void RtlUserThreadStart(未公開的函數)(lpParam,lpFnAddr)
    • SP(棧寄存器) lpFnAddr
  • 4. 交給CPU調度
  • 5. RtlUserThreadStart
    • SEH ##設定結構化異常
    • 調用線程函數，傳遞lpParam
    • 等待線程函數的返回
    • ExitThread ## 使用計數遞減
• 012_beginthreadex和CreateThread
  • 多線程運行庫的設定
  • _beginthreadex() 函數隸屬於C標準的運行庫，要包含標頭檔： process.h
  • 非安全執行緒：
    • 多線程訪問全域變數時，會有出錯的機率。
    • 舉例C語言的錯誤處理機制：errno 非安全執行緒
    • C語言的設計者，為瞭解決線程的安全問題，給出了_beginthreadex()函數。
  • _beginthreadex()函數的區別：
    • 1 參數與 CreateThread()函數的參數意義相同，但其類型已經不同。
    • 2 beginthreadex()比CreateThread()函數，多開闢了一段空間，分配在堆上面，儲存一些全域的變數。以期安全執行緒。多分配了堆空間後，才來調用CreateThread();
    • 3 使用beginthreadex()要配套_endthreadex()使用.
  • 建議使用_beginthreadex()，有多分配一段堆空間。
    • _beginthread()函數不建議使用，因為其並沒有多分配一段堆空間。這裡要注意使用EX版本的函數。
• 013_線程狀態
• 014_線程的掛起轉態
  • 啟動
    • CONTEXT 初始
    • 使用計數 置為2
    • 暫停計數 置為1
      • 在後續CreateThread完成後，減1得出0，為0則進入CPU的調度。當前線程是可執行檔狀態。
  • 運行
    • 執行我們的函數
      • 時不時的切換線程，將CPU寄存器的狀態寫入CONTEXT
      • 切換到當前時，先讀取CONTEXT
  • 掛起
    • SuspendThread() 32位 Wow64SuspendThread() 64位
      • 調用暫停線程函數SuspendThread()，函數會把暫停計數+1
      • SuspendThread函數會返回0，第一次調用結束時返回1；第二次調用時返回1，第二次結束時返回2. 此函數有調用時的返回，與結束時的返回。
    • ResumeThread() 恢複掛起線程
      • 調用此函數，會把當前線程的暫停計數-1
      • 有幾次掛起，就要有幾次恢複調用，不然線程仍然不會進入運行。
    • 不建議使用線程的掛起：
      • 如果線程入口函數裡面，有new新的堆空間，而作業系統切換線程時，有可能會使得這塊堆空間，在被佔用的情況下，卻沒有佔用的標記。此時當此堆空間被訪問時，就出了非常隱形BUG。
      • 要區分2種掛起：
      • 1 作業系統切換線程時的“掛起”——在“池”中
        • 準確來說是“切換”線程。按作業系統的演算法，線程在進行CPU調度時，所產生的暫停。
      • 2 SuspendThread()函數產生的掛起 ——不在“池”中
        • 掛起的線程被拿出CPU的線程運行調度池
• 015_線程 等待、休眠、及饑餓線程
  • 等待休眠 Sleep()
    • Sleep(100); 表示休眠100毫秒後，CPU再來運行；
    • 這裡100毫秒並不能準確不差，因為windows作業系統非即時的，CPU的運行時調度也是非即時的；所以在時間方面有一點誤差，只能說是無限接近100毫秒。
    • 放棄當前的時間片，在一段時間之內，CPU不會調度此線程
    • Sleep(INFINITE) 永遠等待
      • INFINITE 其值為-1；
      • 一直等待到進程結束
    • Sleep(0) 放棄線程執行時間片
    • SwitchToThread() 把CPU剩餘的時間片,分配給"饑餓度"較高的線程.
      • 調度另外一個線程，也就是把CPU的執行循環給另外一個線程身上。
      • CPU時間片“饑餓度”：如果一此線程相對時間片很少，或者一直沒有得到執行，我們就稱其為“饑餓”線程。饑餓度相對較高。
• 016_CONTEXT結構體
  • 源碼
    

    typedef struct _CONTEXT {    //    // The flags values within this flag control the contents of    // a CONTEXT record.    //    // If the context record is used as an input parameter, then    // for each portion of the context record controlled by a flag    // whose value is set, it is assumed that that portion of the    // context record contains valid context. If the context record    // is being used to modify a threads context, then only that    // portion of the threads context will be modified.    //    // If the context record is used as an IN OUT parameter to capture    // the context of a thread, then only those portions of the thread‘s    // context corresponding to set flags will be returned.    //    // The context record is never used as an OUT only parameter.    //    DWORD ContextFlags;    //    // This section is specified/returned if CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is    // set in ContextFlags.  Note that CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is NOT    // included in CONTEXT_FULL.    //    DWORD   Dr0;    DWORD   Dr1;    DWORD   Dr2;    DWORD   Dr3;    DWORD   Dr6;    DWORD   Dr7;    //    // This section is specified/returned if the    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_FLOATING_POINT.    //    FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;    //    // This section is specified/returned if the    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_SEGMENTS.    //    DWORD   SegGs;    DWORD   SegFs;    DWORD   SegEs;    DWORD   SegDs;    //    // This section is specified/returned if the    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_INTEGER.    //    DWORD   Edi;    DWORD   Esi;    DWORD   Ebx;    DWORD   Edx;    DWORD   Ecx;    DWORD   Eax;    //    // This section is specified/returned if the    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_CONTROL.    //    DWORD   Ebp;    DWORD   Eip;    DWORD   SegCs;              // MUST BE SANITIZED    DWORD   EFlags;             // MUST BE SANITIZED    DWORD   Esp;    DWORD   SegSs;    //    // This section is specified/returned if the ContextFlags word    // contains the flag CONTEXT_EXTENDED_REGISTERS.    // The format and contexts are processor specific    //    BYTE    ExtendedRegisters[MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION];} CONTEXT;

    　　

    
    
• 017_安全執行緒及上鎖
  • 樣本

  • // ContextDemo.cpp : 定義控制台應用程式的進入點。//#include "stdafx.h"#include <windows.h>#include <process.h>BOOL bUseing = FALSE;unsigned int __stdcall ThreadRun(void* lParam){int nNum = 0;while (true){if (!bUseing){bUseing = TRUE;_tprintf(TEXT("ThreadRun:%d\r\n"), nNum++);bUseing = FALSE;}}}unsigned int __stdcall ThreadMonitor(void* lParam){HANDLE hThread = (HANDLE)(lParam);while (true){CONTEXT context;context.ContextFlags = CONTEXT_ALL;SuspendThread(hThread);GetThreadContext(hThread, &context);if (!bUseing){bUseing = TRUE;_tprintf(TEXT("EAX:0x%x ESP:0x%x EIP:0x%x\r\n"), context.Eax, context.Esp, context.Eip);bUseing = FALSE;}ResumeThread(hThread);}}int main(){HANDLE hThreads[2];hThreads[0] = (HANDLE)_beginthreadex(nullptr, 0, ThreadRun,nullptr, 0, nullptr);hThreads[1] = (HANDLE)_beginthreadex(nullptr, 0, ThreadMonitor,hThreads[0], 0, nullptr);WaitForMultipleObjects(sizeof(hThreads)/sizeof(HANDLE),hThreads,true,INFINITE);for (int i = 0; i<sizeof(hThreads)/sizeof(HANDLE);++i){CloseHandle(hThreads[i]);}    return 0;}

    　

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