前言

1. 本文所涉及的同步主要描述在 Windows 环境下的机制，和 Linux 中的同步机制有一定的联系，但注意并不完全相同。类似于，Windows 和 Linux 按照自己的方式实现了操作系统中同步机制的概念
2. 本文记录的是 Windows 下的互斥锁同步机制，但在 Windows 的同步机制中，其中很多的概念和逻辑同样适用于事件（Event），信号量，计时器等其他同步机制

环境

1. OS：win
2. IDE：Visual Studio 2015

简介

• 简介：互斥锁是一种同步对象，当没有任何线程拥有互斥锁时，互斥锁处于有信号（signaled）状态，当互斥锁被某个线程拥有，则它处于无信号状态（nonsignaled）。

  顾名思义，互斥锁就是一种为了达到访问共享资源而互斥目的的锁。比如生活中，公共厕所就是一种共享资源，公厕一次只能有一个人使用，使用者在使用的时候就会关门上锁，使用完之后需要开门释放锁。对于每个使用者来说，这个锁一次只能被一个人占有

• 特点

  • 任何一个互斥锁，一次只能被一个线程拥有
  • 可以跨进程使用，即进程间同步

• 适用场景：同步一些共享资源，比如共享内存（shared memory）

相关函数

CreateMutex

1. 作用：创建或打开命名或未命名的互斥锁对象。如果某互斥锁已经被创建，当再次使用 CreateMutex 操做该互斥锁，实际的操作等效于 OpenMutex，但通过 GetLastError 会返回 ERROR_ALREADY_EXISTS 标识
2. 语法

HANDLE CreateMutexA(
  [in, optional] LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
  [in]           BOOL                  bInitialOwner,
  [in, optional] LPCSTR                lpName
);

3. 参数
   1. lpMutexAttributes，为 NULL 时，句柄不能被子进程继承
   2. bInitialOwner，为 true 时，创建该互斥锁的线程获取该互斥锁
   3. lpName，互斥锁的名字，为 NULL 时，为未命名互斥锁，关于未命名互斥锁如何传递见下方“未命名互斥锁的同步”

Wait 函数

1. Wait 函数是一系列提供类似功能的等待函数（如 WaitForMultipleObjects），该函数的作用是请求某个互斥锁的使用权，若没有获取到，则阻塞
2. 等待函数的返回值表明等待函数因为某些原因返回，而不是正常的互斥锁信号转换
3. 多个线程等待互斥锁时，只有一个线程会被随机选择获取互斥锁

ReleaseMutex

1. 作用：释放控制权，释放后，互斥锁变为有信号状态
2. 语法

BOOL ReleaseMutex(
  [in] HANDLE hMutex
);

3. 参数：hMutex 是要释放的互斥锁句柄

CloseHandle

1. 作用：关闭句柄，本文中即关闭互斥锁
   【注】除了使用 CloseHandle 手动关闭句柄外，当某个进程终止后，也会自动关闭句柄
   【注】CloseHandle 关闭当前线程中使用的句柄，但如果还有其他线程拥有该句柄，那么句柄对象并未真正关闭，只有当最后一个该对象被关闭，句柄才会真正关闭
   

如图，只有当所有句柄均被关闭，互斥锁对象才会自动关闭

其他

互斥锁的名字

特别注意的是，互斥锁的名字和其他同步对象（如，事件，信号量）的名字位于相同的命名空间，因此如果互斥锁有名字为“ExampleName”，事件也有名字为“ExampleName”则发生冲突，通过 GetLastError 函数返回 ERROR_INVALID_HANDLE 错误

更多关于内核对象命名空间的知识可以阅读参考中的链接

未命名互斥锁的同步

1. 通过线程间（或进程间）复制句柄或者父子句柄继承实现，这里我们主要讲一下复制句柄
2. 复制句柄：通过该方法可以在两个进程之间传递句柄，但相比于命名句柄和父子继承的方式，这种方式显然更加复杂，它需要在创建句柄的进程和使用句柄的进程间进行通信（如，命名管道，命名共享内存）。另一个需要注意的地方，复制的句柄本质上和源句柄是等同的，你可以理解为指针间的赋值，赋值过后的两个指针实际是指向的相同的区域，任何改变都会影响两个指针指向的区域，句柄也是如此
3. 语法

BOOL DuplicateHandle(
  [in]  HANDLE   hSourceProcessHandle,
  [in]  HANDLE   hSourceHandle,
  [in]  HANDLE   hTargetProcessHandle,
  [out] LPHANDLE lpTargetHandle,
  [in]  DWORD    dwDesiredAccess,
  [in]  BOOL     bInheritHandle,
  [in]  DWORD    dwOptions
);

4. 参数
   1. hSourceProcessHandle：源进程的句柄，该进程必须有 PROCESS_DUP_HANDLE 的接入权限。源句柄可以通过 GetCurrentProcess 获得
   2. hSourceHandle：要被复制的句柄，比如互斥锁句柄
   3. hTargetProcessHandle：目标进程的句柄，该进程必须有 PROCESS_DUP_HANDLE 的接入权限。目标句柄可以通过 OpenProcess 获得
   4. lpTargetHandle：注意它是一个指针，指向复制过来的句柄，“LP” 是 long pointer 的缩写
   5. dwDesiredAccess：新句柄的权限设置。一般通过复制得到的句柄的权限范围 ≤ 原句柄
   6. bInheritHandle：该句柄能否被继承
   7. dwOptions：一些可选的配置项，这里不展开

关于句柄复制并非本篇的重点，详细内容移步官方文档

互斥锁的意外终止

比如，当前拥有互斥锁的线程终止，而该线程并未释放互斥锁，此时互斥锁被标记为遗弃（abandoned），它表明互斥锁未被正确释放。

其他等待该互斥锁的线程可以获取它，但对应的 wait 函数会返回 WAIT_ABANDONED 来表明互斥锁对象被遗弃，由此表明此时被互斥锁操控的共享资源处于未定义状态（undefined state）

临界区对象

临界区（critical section）对象提供类似与互斥锁的功能，区别在于临界区对象不提供进程间同步，只能提供同一进程中的线程的同步
【注】这里的临界区对象是 Windows 提供的一种用户模式下的线程同步机制，不完全等同于操作系统中的临界区这个概念

参考

1. Synchronization
2. 《Windows 核心编程》
3. Process Security and Access Rights