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发信人: Peter (小飞侠), 信区: Program
标  题: Windows95下多线程编程技术及其实现
发信站: BBS 荔园晨风站 (Thu Jan 21 22:42:37 1999), 转信

    问题的提出
    笔者最近在开发基于Internet网上的可视电话过程中碰到了这样
一个问题,即在基于It ernet网上的可视电话系统中,同时要进行语音
采集、语音编译码、图像采集、图像编译码、语音和图像码流的传输
,所有这些工作,都要并行处理。特别是语音信号,如果进行图像编解
码时间过长,语音信号得不到服务,通话就有间断;如果图像或语音处
理时间过长,而不能及时传输码流数据,通信同样也会中断。这样就要
求我们实现一种并行编程,在只有一个CPU的机器上,也就是要将该CPU
时间按时一定的优先准则分配给各个事件,定期处理各事件,而不会对
某一事件处理过长。在32位Windows95或Windows NT下,我们可以用多
线程的处理技术来实现这种并行处理。实际上,这种并行编程在很多
场合下都是必须的。例如,在File Manager拷贝文件时,它显示一个对
话框中包含了一个Cancel按钮。如果在文件拷贝过程中,点中Cancl按
钮,就会终止拷贝。在16位Winows中,实现这类功能需要在File Copy
循环内部周期性地调用PeekMessage函数。如果正在读一个很大的动
作;如果从软盘读文件,则要花费好几秒的时间。由于机器反应太迟钝
,用户会频繁地点中这个按钮,以为系统不知道想终止这个操作。如果
把File Copy指令放入另外一个线程,就不需要在代码中放一大堆Peek
Message函数,处理用户界面的线程将与它分开操作,点中Cancel按钮
后会立即得到响应。同样的道理,在应用程序中创建一个单独线程来
处理所有打印任务也是很有用的,用户可以在打印处理时继续使用应
用程序。

    线程的概念
    为了了解线程的概念 ,我们必须先讨论一下进程的概念。一个进
程通常定义为程序的一个实例。在32位Windows中,进程占据4GB的虚
拟地址空间。与它们在MS-DOS和16位Windows操作系统中不同,32位Wi
ndows进程是没有活力的。这就是说,一个32位Windows进程并不执行
什么指令,它只是占据着4GB的地址空间,此空间中有应用程序EXE文件
的代码和数据。
    EXE需要的DLL也将它们的代码的数据装入到进程的地址空间。除
了地址空间,进程还占有某些资源,比如文件、动态内存分配和线程。
当进程终止时,在它生命期中创建的各种资源将被清除。
    如上所述,进程是没有活力的,它只是一个静态的概念。为了让进
程完成一些工作,进程必须至少占有一线程,所以线程是描述进程内的
执行,正是线程负责执行包含在进程的地址空间中的代码。实际上,单
个进程可能包含几个线程,它们可以同时执行进程的地址空间中的代
码。为了做到这一点,每个线程有自己的一组CPU寄存器和椎。每个进
程至少有一个线址程在执行其地址空间中的代码,如果没有线程执行
进程地空间中的代码,如果没有线程执行进程地址空间中的代码,进程
也就没有继续存在的理由,系统将自动清除进程及其地址空间。为了
运行所有这些线程,操作系统为每个独立线程安排一些CPU时间,操作
系统以轮转方式向线程提供时间片,这就给人一种假象,好象这些线程
都在同时运行。创建一个32位Windows进程时,它的第一个线程称为主
线程,由系统自动生成,然后可由这个主线程生成额外的线程,这些线
程又可生成更多的线程。

    线程的编程技术

    1.编写线程函数
    所有线程必须从一个指定的函数开始执行,该函数称为线程函数,
它必须具有下列原型D WORD WINAPI YourThreadFunc(LPVOID lpvT.h
readParm);
    该函数输入一个LPVOID型的参数,可以是一个DWORD型的整数,也
可以是一个指向一个缓冲区的指针,返回一个DWORD型的值。像WinMai
n函数一样,这个函数并不由操作系统调用,操作系统调用包含在KERNE
L32.DLL中的非C运行时的一个内部函数,如StartOfThread,然后由t a
rtOfThread函数建立起一个异常处理框架后,调用我们的函数。
    2.创建一个线程
    一个进程的主线程是由操作系统自动生成,如果要让一个主线程
创建额外的线程,可以调用CreateThread来完成。格式如下:
    HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES jpsa.DWORD cbs
tack,LPTHREAD_STAR_ ROUTINE lpStartAddr.LPVOID lpvThreadParm
,DWORD fdwCreate,LPDWORD lpIDThread);
    其中参数意义如下:
    lpsa:是一个指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针。如果想让对
象为缺省安全属性的话,可以传一个NULL;如果想让任一个子进程都可
继承该线程对象句柄,必须指定一个SECURIT_ ATTRIBUTES结构,其中b
InheritHandle成员初始化为TURE。
    cbstark:表示线程为自己所用堆栈分配的地址空间大小,0表示采
用系统缺省值。
    lpStartAddr:表示新线程开始执行时代码所在函数的地址,即为
线程函数。
    lpvThreadParm:是传入线程函数的参数。
    fdwCreate:指定控制线程创建的附加标志,可以取两种值。如果
该参数为0,线程就会立即开始执行;如果该参数为CREATE_SUSPENDED,
则系统产生线程后,初始化CPU,登记CONTEXT结构的成员,准备好执行
该线程函数中的第一条指令,但并不马上执行,而是挂起该线程。
    lpIDThrdad:是一个DWORD类型地址,返回赋给该新线程的ID值。
    3.终止线程
    如果某线程调用了ExitThread函数,就可以终止自己,如:
    VOID ExtThead(UNIT fuExitCode);
    这个函数为调用该函数的线程设置了退出码fuExitCode后,就终
止该线程。
    调用TerminateThread函数亦可终止线程。如:
    BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
    该函数用来结束由hThread参数指定的线程,并把dwExitCode设成
该线程的退出码。
    当某个线程不再响应时,我们可以用其他线程调用该函数来终卡
这个不响应的线程。
    4.设定线程的相对优先级
    当一个线程被首次创建时,它的优先级等同于它所属进程的优先
级。在单个进程内可以通过调用SetThreadPrionrity函数改变线程的
相对优先级。一个线程的优先级是相对于其所属的进程优先级而言的
。
    BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread,intnPriority);
    其中参数hThread是指向待修改优先级线程的句柄,nPriority可
以是以下的值:
    THREAD_PRIORITY_LOWEST
    THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL
    THREAD_PRIORITY_NORMAL
    THREAD_PRIONRITY_ABOVE_NORMAL
    THREAD_PRIONITY_HIGHEST。

    5.挂起及恢复线程
    前文提到过可以创建挂起状态的线程,可以通过传递(CREATE_SUS
PENDED标志给函数Cra ted来实现。当这样操作时,系统创建指定线程
的核心对象,创建线程的栈,在CONTEXT结构中初始化线程CPU注册成员
。然而,线程对象被分配了一个初始挂起计数值1,这表明系统将不再
分配CPU去执行线程。要开始执行一个线程,另一个线程必须调用Resu
meThread并传递给它调用CreateThread时返回的线程句柄。格式如下
:
    DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);
    一个线程可以被挂起多次。如果一个线程被挂起3次,则该线程在
它被分配CPU之前必须被恢复3次。除了在创建线程时使用CREATE_SUS
PENDED标志,还可以用SuspendThread函数挂起线程。格式如下:
    DWORD SuspendThread(HANDLE hThread)。

    多线程编程技术的应用
    如前所述,为了实现基于TCP/IP下的可视电话,就必须"并行"地执
行语音采集、语音编解码、图像采集、图像编解以及码流数据的接收
与发送。语音与图像的采集由硬件采集卡进行,我们程序只需初始化
该硬件采集卡,然后实时读取采集数据即可,但语音和图像数据的编解
码以及码流数据的传输都必须由程序去协调执行,让CPU轮流为各个事
件服务,决不能在某一件事件上处理过长。Windows 95下的线程正是
满足这种要求的编程技术。
    本文给出了利用Windows 95环境下用多线程编程技术实现的基于
TCP/IP的可视电话的部分源码,其中包括主窗口过程函数以及主叫端
与被叫端的TCP/IP接收线程函数和语音编解码的线程函数。由于图像
编解码的实时性比语音处理与传输模块的实时性的要求要低些,所以
以语音编解码为事件去查图像数据,然后进行图像编解码,而没有为图
像编解码去单独实现一个线程。
    在主窗口初始化时,用CREATE_SUSPENDED标志创建了两个线程hTh
readG7231和hThreadC PRev。一个用于语音编解码,它的线程函数为G
723Proc,该线程不断查询本地有无编好码的语音和图像的码流,如有,
则进行H.223打包,然后通过TCP的端口发送给对方。另外一个线程用
于TCP/IP的接收,它的线程函数为AcceptThreadProcRiv,该线程不断
侦测TCP/IP端口有无对方传来的码流,如有,就接收码流,进行H.223解
码后送入相应的缓冲区。该缓冲区的内容由语音编解码线程G723Proc
查询,并送入相应的解码器,由于使用了多线程的编程技术,使得操作
系统定时去服务语音编解码模块和传输模块,从而保证了通信的不中
断。
    编者注:源程序发表在本报的WWW站点上,网址是:http://www.com
puterworld.co.cn/si ll./skill.html,欢迎广大读者访问。

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