《Windows via C/C++》学习笔记 —— “线程同步”之“检测死锁”

　　本来这篇内容在书中是在“其他线程同步函数”这一节中的。这节中介绍了另外的几个等待函数，比如WaitForInputIdle、MsgWaitForMultipleObjects、WaitForDebugEvent，感觉用途不大，只有SignalObjectAndWait这个函数用途比较大，该函数笔者已经在前面的“等待函数”这一篇中写过了。

　　本篇主要讨论这本书新增加的内容，就是Windows Vista中提供的调查死锁的方法。

 

　　在Windows Vista中，提供了用来“检测线程死锁”的一组API，Jeffrey Richter先生在书中将其称为“Wait Chain Traversal”（WCT）API。查看了网上的翻译，叫做“等待链遍历”API函数，我也不知道这么翻译是否正确或权威，就姑且这么叫着吧，下面简称为WCT。

　　WCT函数允许你列出“锁”，并检测死锁，无论是单个进程的，还是跨进程的。Windows对以下线程同步机制的锁保持着跟踪：

可能的锁	描述
关键代码段	Windows对关键代码段属于哪个线程保持着跟踪
互斥内核对象	Windows对互斥内核对象属于哪个线程保持着跟踪，即使互斥内核对象被丢弃
进程和线程	Windows对一个线程正在等待哪个进程或线程保持着跟踪，另外跟踪进程和线程是否终止
SendMessage	Windows保持跟踪正在等待SendMessage函数返回的线程
COM初始化和调用	调用CoCreateInstance函数或COM对象的方法的线程被跟踪
高级本地过程调用（ALPC）	在Windows Vista中，ALPC代替了LPC，新的没有文档的内核进程内部的通信（IPC）机制

 

　　需要注意的是，读写锁（SRWLock）同步机制没有被WPC所跟踪，另外某些内核对象，比如事件内核对象、信号量、等待定时器没有被跟踪。

 

　　本书举了一个例子来演示了WPC函数的使用。本人总结了下，主要通过以下几个步骤来实现死锁的检测：

1、打开等待链：使用OpenThreadWaitChainSession函数

2、如果需要检测COM的话：使用RegisterWaitChainCOMCallback函数

3、取得等待链信息：使用GetThreadWaitChain函数

4、关闭等待链：使用CloseThreadWaitChainSession函数

 

　　首先，介绍一下OpenThreadWaitChainSession函数：

HWCT OpenThreadWaitChainSession(
   DWORD dwFlags,       //0表示同步，WCT_ASYNC_OPEN_FLAG表示异步
   PWAITCHAINCALLBACK callback);   //异步的话要设置该回调函数指针

 

　　该函数成功，返回一个HWCT类型的句柄，该句柄要传递给CloseThreadWaitChainSession函数，在最后释放。如果失败，该函数返回NULL。

　　一般地，您总是希望从中调用RegisterWaitChainCOMCallback函数以注册 CoGetCallState和CoGetActivationState这两个COM函数，以便WCT能够报告 COM所有权信息，由于并未记录这些函数，您需要从ole32.dll通过GetProcAddress 获得这些函数。本人认为，在您对WCT API进行初始化以查找COM死锁时，WCT API 应自动处理这种细小问题。

 

VOID WINAPI RegisterWaitChainCOMCallback(
   __in  PCOGETCALLSTATE CallStateCallback,   //CoGetCallState函数地址
   __in  PCOGETACTIVATIONSTATE 
             ActivationStateCallback    //CoGetActivationState函数地址
);

 

　　你可以使用如下代码这样使用RegisterWaitChainCOMCallback函数：

 

PCOGETCALLSTATE CallStateCallback;      //函数指针
PCOGETACTIVATIONSTATE ActivationStateCallback;     //函数指针

HMODULE hOLE32DLL = LoadLibrary(TEXT("OLE32.DLL"));//加载OLE32.DLL

//从ole32.dll中取得函数地址
CallStateCallback = (PCOGETCALLSTATE)
                     GetProcAddress(_hOLE32DLL, "CoGetCallState");
ActivationStateCallback = (PCOGETACTIVATIONSTATE)
             GetProcAddress(_hOLE32DLL, "CoGetActivationState"); 

//在等待链中注册COM函数
RegisterWaitChainCOMCallback(CallStateCallback,ActivationStateCallback);

 

　　下面，第3步，使用GetThreadWaitChain函数取得等待链信息：

BOOL WINAPI GetThreadWaitChain(
   HWCT hWctSession,          //等待链句柄
   DWORD_PTR pContext,     //异步方法中回调函数的参数
   DWORD dwFlags,              //查询类型（位或组合）
   DWORD TID,                    //要查询的线程的线程ID
   PDWORD pNodeCount,      //返回值，指明等待链中的结点个数
   PWAITCHAIN_NODE_INFO pNodeInfoArray,     //返回值，等待链结点信息
   LPBOOL pbIsCycle             //返回值，TURE表示死锁
);

 

　　pNodeCount参数如果返回的DWORD数据值为0，表明一个问题产生了，比如拒绝访问。这个时候可以调用GetLastError取得错误信息。

　　这个函数中，pNodeInfoArray函数是一个WAITCHAIN_NODE_INFO结构的指针，该结构如下：

 

typedef struct _WAITCHAIN_NODE_INFO
{
    WCT_OBJECT_TYPE ObjectType;          //结点对象类型
    WCT_OBJECT_STATUS ObjectStatus;   //结点对象状态

    union {
        struct {
            WCHAR ObjectName[WCT_OBJNAME_LENGTH];
            LARGE_INTEGER Timeout;    // Not implemented in v1
            BOOL Alertable;           // Not implemented in v1
        } LockObject;

       struct {
           DWORD ProcessId;
           DWORD ThreadId;
           DWORD WaitTime;
           DWORD ContextSwitches;
       } ThreadObject;
    };
} WAITCHAIN_NODE_INFO, *PWAITCHAIN_NODE_INFO;

 

　　该结构中的ObjectTyped成员，指明了当前等待链中的结点类型，ObjectStatus指明了当前该结点对象的状态，两者具体取值就看MSDN或本书吧。如果这个结点类型是一个“阻塞”状态的线程，即ObjectTyped为WctThreadType的话，内部的ThreadObject成员即有效。

 

　　最后，不要忘记调用CloseThreadWaitChainSession关闭WCT句柄。当然，如果用LoadLibrary函数加载了OLE23.dll文件的话，也要记得FreeLibrary函数来释放。

 

　　可以使用如下代码处理等待链中的结点：

 

HWCT hWCTSession = OpenThreadWaitChainSession(0, NULL);
if (hWCTSession == NULL)
     return 0;

//两个COM的函数指针
PCOGETCALLSTATE CallStateCallback;
PCOGETACTIVATIONSTATE ActivationStateCallback;

HMODULE hOLE32DLL = LoadLibrary(TEXT("OLE32.DLL"));   //加载OLE32.DLL
if (hOLE32DLL == NULL)
     return 0;

//从ole32.dll中取得两个函数的地址
CallStateCallback = (PCOGETCALLSTATE)
                     GetProcAddress(_hOLE32DLL, "CoGetCallState");
ActivationStateCallback = (PCOGETACTIVATIONSTATE)
                     GetProcAddress(_hOLE32DLL, "CoGetActivationState");

//注册COM函数，使得WCT可以报告COM相关事件
RegisterWaitChainCOMCallback(CallStateCallback,ActivationStateCallback);

//在你需要处理的线程中：
DWORD dwNodesInChain = 0;     //链中的结点个数
BOOL bDeadlock = FALSE;       //线程是否存在死锁
WAITCHAIN_NODE_INFO chain[WCT_MAX_NODE_COUNT];//WCT节点结构数组

//取得等待链信息，并判断是否正确，TID为线程ID
if (!GetThreadWaitChain(hWCTSession, NULL, WCTP_GETINFO_ALL_FLAGS,
         TID, &dwNodesInChain, chain, &bDeadlock))
{
     //函数调用失败，在此处理
      //
     return 0;
}

// 开始处理等待链
dwNodesInChain = min(dwNodesInChain, WCT_MAX_NODE_COUNT);

if (dwNodesInChain == 0)     //结点个数为0，可以调用GetLastError处理
     return 0;

//可以在此处理本线程有关的等待链信息
if (bDeadlock)
     //表明线程ID为TID的线程存在死锁

//处理每个链中的节点
for (DWORD current = 0; current < dwNodesInChain; ++current)
{
     //在此处理练中每个结点信息
      //
}

FreeLibrary(hOLE32DLL);    //释放COM模块
CloseThreadWaitChainSession(hWCTSession);    //关闭WCT