Улучшение безопасности доступа к статическому массиву в многопоточной Win32-программе на Pascal

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Вопрос, поставленный автором, касается безопасности доступа к статическому массиву в многопоточной программе на языке Pascal, использующем Win32 API. В частности, рассматривается ситуация, когда основной поток программы может изменять поля массива, а отдельный фоновый поток выполняет итерации по этому массиву. Задача состоит в том, чтобы обеспечить безопасность доступа к массиву без использования компонентов, таких как TThreadList, и с использованием только критических секций Windows (TRTLCriticalSection).

Описание проблемы

В коде представлен статический массив A типа T, который обрабатывается фоновым потоком. Основной поток программы может модифицировать поля этого массива. Необходимо обеспечить безопасность доступа к массиву в многопоточной среде, используя критическую секцию.

Контекст и решение проблемы

Автор предоставляет исходный код, в котором фоновый поток выполняет бесконечный цикл, итерируясь по массиву A. В коде присутствует предположение о необходимости модификации для обеспечения безопасности, однако в комментариях упоминается, что оригинальный код может быть уже безопасен в силу использования сильной модели памяти в современных процессорах, таких как x86 и x64.

Подтвержденный ответ

Подтвержденный ответ указывает на то, что если основной поток программы только устанавливает флаг Enabled в True, а фоновый поток только в False, и нет других мест в коде, где происходит доступ к массиву A, то оригинальный код уже является потокобезопасным. Однако, подчеркивается, что дизайн программы выглядит спорным, и предпочтительнее использовать сигналы (например, события Windows) для пробуждения потока.

Альтернативный ответ

Альтернативный ответ не представлен в виде отдельного решения, но в комментариях упоминается, что операции чтения/записи байта (булева типа) являются атомарными на процессорах Intel, что также может указывать на потокобезопасность оригинального кода.

Рекомендации и примеры кода

Тем не менее, для обеспечения ясности и безопасности, рекомендуется использовать критическую секцию для защиты доступа к массиву A. Ниже приведен пример кода, который демонстрирует использование критических секций для синхронизации доступа к массиву:

type
  T = record
    Idx: Integer;
    Str: string;
    Num: Real;
    Enabled: Boolean;
  end;
var
  A: Array[0..9] of T;
  Cnt: Integer;
  CS: TRTLCriticalSection;

procedure InitializeCriticalSection;
begin
  InitializeCriticalSection(@CS);
end;

procedure thread;
var
  I: Integer;
begin
  while True do
  begin
    EnterCriticalSection(CS);
    for I := Low(A) to High(A) do
    begin
      if A[I].Enabled then
      begin
        // modify some fields from A[I]
        Inc(A[I].Idx);
        if A[I].Idx >= 10 then
        begin
          A[I].Enabled := False;
          InterlockedDecrement(Cnt);
        end;
      end;
    end;
    LeaveCriticalSection(CS);
    if Cnt = 0 then Sleep(1);
  end;
end;

procedure Add(...); // вызвается только из основного потока
var
  I: Integer;
begin
  EnterCriticalSection(CS);
  I := GetFreeField;
  if I <> -1 then
  begin
    // установка полей A[I]
    A[I].Enabled := True;
    LeaveCriticalSection(CS);
    InterlockedIncrement(Cnt);
  end
  else
    LeaveCriticalSection(CS);
end;

function GetFreeField: Integer;
var
  Result: Integer;
begin
  Result := -1;
  EnterCriticalSection(CS);
  for Result := Low(A) to High(A) do
    if not A[Result].Enabled then
      Break;
  LeaveCriticalSection(CS);
  Result;
end;

begin
  InitializeCriticalSection;
  // инициализация массива A и Cnt
  // ...
  // запуск фонового потока
  // ...
end.

Важно отметить, что критическая секция должна быть инициализирована перед использованием и уничтожена после. В коде выше также используется функция GetFreeField, которая возвращает индекс первого неактивного элемента массива, и операции с атомарным инкрементом/декрементом (InterlockedIncrement, InterlockedDecrement), чтобы обеспечить безопасность доступа к переменной Cnt.

Заключение

Использование критических секций позволяет синхронизировать доступ к общим ресурсам в многопоточных программах и предотвратить гонки данных. В данном случае, критическая секция обеспечивает безопасный доступ к статическому массиву A и переменной Cnt в многопоточной среде.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Необходимо обеспечить безопасность доступа к статическому массиву в многопоточной программе на Pascal, используя Win32 API, путем применения критических секций для синхронизации потоков.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::