中文XML论坛--利用API在Windows下创建进程和线程[转帖]

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前言:

　　谈到在Windows创建线程的例子，在网上的很多的参考都是基于MFC的。其实，就操作系统实验这个前提而言，大可不必去碰那个大型的MFC的框架。[1]中提到了在Windows命令控制台下创建进程及线程的方法，本文对[1]中的方法加以了实现，并做些简单的进程及线程的测试[URL=http://dev.yesky.com/]程序[/URL]。

　　1、实验准备:

　　要实验的Windows下的多线程实验，应做如下准备:

　　a) 在新建中选”Win32 Console Application”àAn empty project

　　b) 选”工程”à”设置”选项，在”设置”中选择“C/C++”标签，在”Project Option”中，将”MLd”参数改成“MTd”(如图1)。

图1

　　以上两步对实验成功至关重要，否则，即是代码无误，在连接时同样会出现问题。

　　2、Windows下进程的创建:

　　在[1]中，Windows的进程和线程模型被描述成”多进程，基于单进程的多线程”。

　　在创建一个线程时，Windows会做大量的工作---创建一个新的地址空间，为进程分配资源以及创建一个基线程。

　　CreateProcess函数的原型如下:

CreateProcess(
　LPCTSTR lpApplicationName，
　//pointer to name of executable moudle
　LPTSTR cmdLine，
　//pointer to command line string
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes，
　//pointer to process security attributes
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes，
　//pointer to theread security attributes
　BOOL bInheritHandle ，
　//handle inheritance flag
　DWORD dwCreationFlag，//various creation flags
　LPVOID lpEnviroment，//Enviroment variable
　LPCTSTR lpCurrentDirectory， //Child's current directory
　LPSTARTUPINFO lpStartupInfo， //pointer to StartupInfo
　LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
　//pointer to PROCESS_INFORMATION
)

　　虽然有很多参数，不过在现阶段的实验级别，大多数参数只要用默认值即可。

　　下面要做的关于Windows使用进程的实验，在Linux系统下，可以使用类似:

　　execve(char* cmdName ， char* cmdArgu)的语句从一个程序中去执行其它的程序。

　　而如果在Windows下，当使用CreateProcess去执行相应的功能时，只要去改变cmdLine中的内容即可，其它的参数使用默认值，具体见代码1:

　　代码1执行的功能是从命令行中启动这个名叫的launch的测试程序，在launch后面应加上保存有需要打开程序路径的文件名:

　　如在命令行中键入:

>launch set.txt

　　而set.txt中的内容为:

C:\\WINDOWS\\SYSTEM32\\CALC.EXE
C:\\WINDOWS\\SYSTEM32\\NOTEPAD.EXE NEW.TXT
C:\\WINDOWS\\SYSTEM32\\CHARMAP.EXE

　　路径的前半部分为”C:\\WINDOWS\\”，这当然要视你的Windows系统的类型以及系统盘的存放位置而定。如果是NT或2000的机器，则应使用WINNT.

/*测试程序1:

　　示例如何使用进程的launch程序，通过在命令行中加载相应的命令文件，去按照命令文件中指定的程序路径打开相应的程序去执行*/

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAX_LINE_LEN 80

int main(int argc，char* argv[])
{
//local variables
FILE* fid;
char cmdLine[MAX_LINE_LEN];
//CreateProcess parameters
LPSECURITY_ATTRIBUTES processA=NULL;//Default
LPSECURITY_ATTRIBUTES threadA=NULL;//Default
BOOL shareRights=TRUE;//Default
DWORD creationMask=CREATE_NEW_CONSOLE;//Window per process.
LPVOID enviroment=NULL;//Default
LPSTR curDir=NULL;//Default
STARTUPINFO startInfo;//Result
PROCESS_INFORMATION procInfo;//Result

//1.Read the command line parameters

if(argc!=2)
{
fprintf(stderr，"Usage:lanch<launch_set_filename>\n");
exit(0);
}

//2.Open a file that coutain a set of commands

fid=fopen(argv[1]，"r");

//3.For every command in the launch file

while(fgets(cmdLine，MAX_LINE_LEN，fid)!=NULL)
{
　//Read a command from the file
　if(cmdLine[strlen(cmdLine)-1]=='\n')
　　cmdLine[strlen(cmdLine)-1]='\0';//Remove NEWLINE
　//Create a new process to execute the command
　ZeroMemory(&startInfo，sizeof(startInfo));
　startInfo.cb=sizeof(startInfo);
　if(!CreateProcess(
　　　NULL，//File name of executable
　　　cmdLine，//command line
　　　processA，//Process inherited security
　　　threadA， //Thread inherited security
　　　shareRights，//Rights propagation
　　　creationMask，//various creation flags
　　　enviroment，//Enviroment variable
　　　curDir， //Child's current directory
　　　&startInfo，
　　　&procInfo
　　)
　)
{
　fprintf(stderr，"CreatProcess failed on error %d\n"，GetLastError());
　ExitProcess(0);
}
}
//Terminate after all commands have finished.
return 0;
}

　　通过上面这段极其简洁的代码，完成了看似有些难度的任务，让我们充分感受到采用一些高级的编程手段所带来的便捷与高效.

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2、Windows线程的创建及实验:

　　2.1 使用CreateThread在Windows下创建线程:

　　在Windows中创建线程可以调用两个函数_beginthreadex和CreateThread两个函数，这里只介绍后者。

　　CreateThread函数原型:

HANDLE CreateThread
　(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes，//pointer to thread security attributes
　　DWORD dwStackSize，//initial thread stack size， in bytes
　　LPSECURITY_START_ROUTINE lpStartAddress，//pointer to thread function
　　LPVOID lpParameter，//argument for new thread
　　DWORD dwCreationFlags，//creation flags
　　LPDWORD lpThreadId //pointer to returned thread identifier
)

　　其中，在本实验阶段比较重要的参数是第三和第四个:

　　a)第三个参数是一个指向函数的指针，所以应传入的参数应为函数的地址，如&Func的形式.而这个传入的参数，则必须被声明成为:

DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID threadArgu);

　　的形式.这个函数也就是要执行线程任务的那个函数体实体.这里应注意，传入应使用Func而非&Func。

　　如：CreateThread(NULL，0，Func，…)

　　具体原因：我目前认为是系函数前部使用WINAPI所致。

　　b)第四个参数应是执行线程任务的函数体实体所需要的参数，即上面所举例的函数threadFunc的参数threadArgu，这在WINDOWS中被定义成一个LPVOID的类型，目前我认为，可以把它在功能上看成和void* 类似。

　　参考:LPVOID的原型:

typedef void far *LPVOID;

　　所以，当你有自己需要的类型的参数传入时，可以用

typedef struct
{
int firstArgu，
long secArgu，
…

}myType，* pMyType;

　　将你想要传入的参数装入一个结构体中。

　　在传入点，使用类似:

pMyType pMyTpeyArgu;
…
CreateThread(NULL，0，threadFunc，pMyTypeArgu，…);
…

　　在函数threadFunc内部的接收点，可以使用“强行转换”，如:

int intValue=((pMyType)lpvoid)->firstArgu;
long longValue=((pMyType)lpvoid)->secArgu;
… …

　　2.2 线程实验1---创建N个随机线程，所有线程的执行时间均为T秒，观察每个线程的运行状况:

　　为了使线程的运行趋于随机化，应先使用:

srand((unsigned int)time (NULL));

　　在每个线程的运行中，每个线程的睡眠时间为:

sleepTime=1000+30*(int)eRandom(50+tNo);

Sleep(sleepTime);

　　这样，可以使进程的运行趋于随机化.

/*测试程序2：

　　创建N个随机线程的随机实验.

　　命令行输入参数:

test threadNo runSecs

#include <windows.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define N 5
#define Type float

static int runFlag=TRUE;

DWORD WINAPI threadWork(LPVOID threadNo);
int parseArgToInt(char* inNumChar);
Type eRandom(int upLimit);

typedef struct
{
　int data;
}INTEGER;

void main(int argc，char* argv[])
{
　unsigned int runTime;
　int i;
　int threadNum;
　//int N;

　SYSTEMTIME now;
　WORD stopTimeMinute，stopTimeSecond;
　DWORD targetThreadID;

　//Get command line argument，N

　if(argc!=3)
　{
　　printf("please enter:NThread <ThreadNum> <runTime>\n");
　　return;
　}

　threadNum=parseArgToInt(argv[1]);
　runTime=parseArgToInt(argv[2]);
　//Get the time the threads should run，runtime
　//Calculate time to halt
　// runTime=60;/*in seconds.*/

　GetSystemTime(&now);
　printf("mthread:Suite starting aty system time%d，%d，%d\n"，now.wHour，now.wMinute，now.wSecond);
　stopTimeSecond=(now.wSecond+(WORD)runTime)%60;

　stopTimeMinute=now.wMinute+(now.wSecond+(WORD)runTime)/60;

　//FOR 1 TO N

　INTEGER* tmpInt;

　for(i=0;i<threadNum;i++)
　{
　　//CREATE A NEW THREAD TO EXECUTE SIMULATED WORK;
　　//threadWork(i);

　　tmpInt=(INTEGER*)malloc(sizeof(INTEGER));
　　tmpInt->data=i;
　　CreateThread(NULL，0，threadWork，tmpInt，0，&targetThreadID);
　　Sleep(100);//Let newly created thread run
　}

　//Cycle while children work...

　while(runFlag)
　{
　　GetSystemTime(&now);
　　if((now.wMinute>=stopTimeMinute)&&(now.wSecond>=stopTimeSecond))
　　　runFlag=FALSE;
　　Sleep(1000);
　}
　Sleep(5000);
　printf("Program ends successfully\n");
}

DWORD WINAPI threadWork(LPVOID threadNo)
{
　//local variables
　double y;
　const double x=3.14159;
　const double e=2.7183;
　int i;
　const int napTime=1000;//in milliseconds
　const int busyTime=400;
　int tNo=((INTEGER*)threadNo)->data;
　int sleepTime;
　DWORD result=0;

　/*randomasize the random num seeds.*/

　srand((unsigned int)time (NULL));

　while(runFlag)
　{
　　//Parameterized processor burst phase
　　for(i=0;i<busyTime;i++)
　　y=pow(x，e);

　　//Parameterized sleep phase

　　sleepTime=1000+30*(int)eRandom(50+tNo);
　　Sleep(sleepTime);
　　printf("I am thread No.%d，sleep sec:%ds\n"，tNo，sleepTime);
　}

　//Terminate
　return result;
}

int parseArgToInt(char* inNumChar)
{
　int equipData=0，i=0;
　while(inNumChar[i]>='0'&&inNumChar[i]<='9')
　{
　　equipData=10*equipData+(inNumChar[i]-48);
　　i++;
　}
　return equipData;
}

Type eRandom(int upLimit)
{
　Type tmpData;
　do
　{
　　tmpData=((Type)rand()/(Type)32767)*(Type)100.0*(Type)upLimit;
　}
　while(tmpData>upLimit);
　return tmpData;
}

　　2.3 线程实验2---Windows下可创建的线程的数目的测试:

　　这里使用的是让测试线程睡眠100秒，如果用的是让测试进程进入死循环的方法，则会很快让系统僵掉。

/*测试程序3:

测试在Windows下最多可创建线程的数目.

DWORD WINAPI threadWork(LPVOID threadNo)
{
　DWORD result=0;
　while(runFlag)
　{
　　Sleep(100000);
　}
　//Terminate
　return result;
}

void main(int argc，char* argv[])
{
　int count=0;
　DWORD targetThreadID;
　
　while(runFlag)
　{
　　if(CreateThread(NULL，0，threadWork，NULL，0，&targetThreadID)==NULL)
　　{
　　　runFlag=false;
　　　break;
　　}
　　else
　　　count++;
　　printf("%d "，count);
　}
　Sleep(5000);
　printf("max threads num:%d\n"，count);
　printf("Program ends successfully\n");
}

　　在Windows XP下(赛扬800MHZ，256M[URL=http://diy.yesky.com/memoery/]内存[/URL])，在上述方式下，测得可创建的最多的线程数目为2030个.

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2.4 线程实验3---最简单的一个临界资源的读者，写者程序.

　　这个程序要实现的是最简单的读者，写者程序，读者将1~10十个数字依次填入临界资源区gData，当且仅当gData被读者消费后，写者才可以写入下一个数.

/*测试程序4:

最简单的一个临界资源的读者，写者程序.

DWORD WINAPI threadReader(LPVOID lpvoid)
{
　int reader_Data;
　int busyTime=10000;
　float tmp;
　int i;

　while(gRunFlag)
　{
　　while(stateFlag==WRITER_FLAG)
　　　for(i=0;i<busyTime;i++)
　　　　tmp=pow(2，10);
　　　　reader_Data=gData;
　　　　printf("reader gets data:%d\n"，gData);
　　　　stateFlag=WRITER_FLAG;
　}
　printf("reader ends\n");
　return NULL;
}

DWORD WINAPI threadWriter(LPVOID lpvoid)
{
　int upTime=((INTEGER*)lpvoid)->mInt;
　int busyTime=10000;
　float tmp;
　int i;

　while(gRunFlag)
　{
　　while(stateFlag==READER_FLAG)
　　for(i=0;i<busyTime;i++)
　　　tmp=pow(2，10);
　　gData++;
　　printf("writer gets data:%d\n"，gData);

　　if(gData==upTime)
　　　gRunFlag=false;
　　stateFlag=READER_FLAG;
　}
　printf("writer ends\n");
　return NULL;
}

/*Main 中的调用*/

……
CreateThread(NULL，0，threadReader，tmpInt，0，&targetThreadID);
CreateThread(NULL，0，threadWriter，tmpInt，0，&targetThreadID);
……

　　测试结果: (如图2)

图2

　　2.5 几点说明:

　　2.5.1 主调用程序在结束时使用Sleep(5000)的意图在于:使得由它所产生的子线程可以在主进程结束之前，完成如资源释放一类的工作。

　　2.5.2 在随机线程产生测试程序中:

　　之所以采用在每个线程内部用

srand((unsigned int)time (NULL));

　　去初始化每个线程，是为了使得所有的线程拥有自己的随机数种子，否则，如果是在主调用程序中去初始化随机数种子数，则所有的线程得到的随机数序列都是一样的，将无法产生随机效果。

　　3、应用及推广:

　　采用这种在Windows下利用控制台调用Windows API进行操作系统实验的方法，具有代码简洁，观察效果好与实现目标接近等优点。


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