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临界区死锁和死循环

article 2025/9/14 14:50:30

1.临界区

2. 经典死锁案例:

3.查找死循环案例

使用CRITICAL_SECTION 结构来保证不会有多个线程重入被保护的代码段
实现在用户态的同步机制，相对内核对象来说，开销更小
适用于同步同一进程内的多个线程

如:
CRITICAL_SECTION g_cs;EnterCriticalSection(&g_cs);
//以原子方式访问共享资源
..... //do something
LeaveCriticalSection(&g_cs);RTL_CRITICAL_SECTION 结构如下：
struct RTL_CRITICAL_SECTION
{PRTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG DebugInfo;LONG LockCount;LONG RecursionCount;HANDLE OwningThread;HANDLE LockSemaphore;ULONG_PTR SpinCount;
};

LockCount字段，初始值为-1，被线程拥有后，大于等于0，反映等待和已经进入关键区的线程数RecursionCount字段，此字段包含所有者线程已经获得该临界区的次数。如果该数值为零，下一个尝试获取该临界区的线程将会成功。
OwningThread字段，拥有线程(已经进入临界区)的句柄。
LockSemaphore字段，唤醒等待的线程在初始化临界区结构时，系统会分配一个RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG结构，每个临界区的调试结构依靠ProcessLocksList字段相互联系在一起。
SpinCount 仅用于多处理器系统。MSDN文档对此字段进行如下说明：“在多处理器系统中，如果该临界区不可用，调用线程将在对与该临界区相关的信号执行等待操作之前，旋转 dwSpinCount 次。如果该临界区在旋转操作期间变为可用，该调用线程就避免了等待操作。”旋转计数可以在多处理器计算机上提供更佳性能，其原因在于在一个循环中旋转通常要快于进入内核模式等待状态。此字段默认值为零，但可以用 InitializeCriticalSectionAndSpinCount API 将其设置为一个不同值。
临界区的调试支持，RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG结构如下：

struct _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG
{WORD   Type;WORD   CreatorBackTraceIndex;RTL_CRITICAL_SECTION *CriticalSection;LIST_ENTRY ProcessLocksList;DWORD EntryCount;DWORD ContentionCount;DWORD Spare[ 2 ];
}

这一结构由 InitializeCriticalSection 分配和初始化。它既可以由 NTDLL内的预分配数组分配，也可以由进程堆分配。RTL_CRITICAL_SECTION的这一伴随结构包含一组匹配字段，具有迥然不同的角色：有两个难以理解，随后两个提供了理解这一临界区链结构的关键，两个是重复设置的，最后两个未使用。

下面是对 RTL_CRITICAL_SECTION 字段的说明。
Type 此字段未使用，被初始化为数值 0。
CreatorBackTraceIndex 此字段仅用于诊断情形中。在注册表项
HKLM\Software\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Image File ExecutionOptions\YourProgram 之下是 keyfield、GlobalFlag 和 StackTraceDatabaseSizeInMb值。注意，只有在运行稍后说明的 Gflags 命令时才会显示这些值。这些注册表值的设置正确时，CreatorBackTraceIndex
字段将由堆栈跟踪中所用的一个索引值填充。在 MSDN 中搜索 GFlags 文档中的短语“create user mode stack trace database”和“enlarging the user-mode stack trace database”，可以找到有关这一内容的更多信息。
CriticalSection 指向与此结构相关的 RTL_CRITICAL_SECTION。
图1 说明该基础结构以及 RTL_CRITICAL_SECTION、RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG 和事件链中其他参与者之间的关系。

图 1 临界区的关系

ProcessLocksList LIST_ENTRY 是用于表示双向链表中节点的标准 Windows数据结构。RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG 包含了链表的一部分，允许向前和向后遍历该临界区。
EntryCount/ContentionCount 这些字段在相同的时间、出于相同的原因被递增。这是那些因为不能马上获得临界区而进入等待状态的线程的数目。与 LockCount 和 RecursionCount字段不同，这些字段永远都不会递减。
Spares这两个字段未使用，甚至未被初始化（尽管在删除临界区结构时将这些字段进行了清零）。
即使 RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG中包含多个字段，它也是常规临界区结构的必要成分。事实上，如果系统恰巧不能由进程堆中获得这一结构的存储区，InitializeCriticalSection
将返回为 STATUS_NO_MEMORY 的 LastError 结果，然后返回处于不完整状态的临界区结构。