基于線程局部存儲(chǔ)技術(shù)的多通道數(shù)控系統(tǒng)仿真

　　1 概述

　　組件對(duì)象模型(CompONent Object Model, COM)是由美國微軟公司提出的一種二進(jìn)制代碼互操作規(guī)范，ActiveX 是實(shí)現(xiàn)了一些特定接口(例如IDispatch)的標(biāo)準(zhǔn)COM 組件。

　　COM/ActiveX 規(guī)范已成為軟件業(yè)內(nèi)最重要的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。

　　基于組件的軟件構(gòu)架方法通過重用已有的軟件組件，可使軟件開發(fā)者像搭積木一樣快速構(gòu)造應(yīng)用軟件，從而提高生產(chǎn)效率，使軟件設(shè)計(jì)更加規(guī)范可靠。目前基于組件的軟件開發(fā)方法已經(jīng)在業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)控系統(tǒng)中也使用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工仿真，但現(xiàn)有文獻(xiàn)較少涉及多個(gè)ActiveX 組件實(shí)例的情況。ActiveX 組件采用類似Windows消息運(yùn)行機(jī)制的單套間模型(Single Threaded Apartment, STA)來串行化對(duì)組件屬性和方法的調(diào)用，即對(duì)ActiveX 組件的所有調(diào)用由COM 系統(tǒng)負(fù)責(zé)線程的同步。因此，該組件的調(diào)用是線程安全的。

　　COM 在STA 套間內(nèi)的線程中創(chuàng)建一個(gè)隱藏窗口，將套間外的線程對(duì)這個(gè)對(duì)象的調(diào)用都轉(zhuǎn)變成對(duì)隱藏窗口發(fā)送消息，并由隱藏窗口的消息處理函數(shù)來實(shí)際調(diào)用組件對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)STA 套間模型。

　　一個(gè)進(jìn)程中的所有線程均處于同一虛擬地址空間，每個(gè)函數(shù)的局部變量在運(yùn)行該函數(shù)的每個(gè)線程中都是唯一的，但靜態(tài)和全局變量則被所有線程所共享。即在多個(gè)ActiveX 組件實(shí)例的情況下，ActiveX 組件的 STA 模型不能保證全局?jǐn)?shù)據(jù)成員是線程安全的。

　　2 線程局部存儲(chǔ)原理

　　線程局部存儲(chǔ)(Thread Local Storage, TLS)是Win32 系統(tǒng)提供的一種簡化多線程程序設(shè)計(jì)的底層基礎(chǔ)技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是介入全局?jǐn)?shù)據(jù)創(chuàng)建過程，建立并管理全局?jǐn)?shù)據(jù)與線程的關(guān)聯(lián)，使得全局?jǐn)?shù)據(jù)為其關(guān)聯(lián)線程所私有。TLS 原理如圖1 所示。

　　每個(gè)進(jìn)程擁有一組TLS 槽口(Slot)，每個(gè)槽口用序號(hào)標(biāo)識(shí)，Windows 2000 有1 088 個(gè)這樣的槽口。線程通過API 函數(shù)可以分配TLS 槽口，在TLS 槽口存取數(shù)據(jù)，進(jìn)程中使用同一個(gè)序號(hào)的不同線程可指向獨(dú)立的局部堆內(nèi)存中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，即線程ID 和槽口號(hào)確定了一個(gè)二維空間映射，線程通過API 函數(shù)獲得線程間相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址。

　　圖 1 也表明了采用TLS 機(jī)制的具有2 個(gè)ActiveX 組件實(shí)例的運(yùn)行時(shí)軟件內(nèi)存結(jié)構(gòu)，進(jìn)程分配了2 個(gè)TLS 索引值gdwTlsIndex1 和 gdwTlsIndex2，這2 個(gè)索引值代表了TLS槽口的序號(hào)，但不同線程按照相同的序號(hào)卻得到2 個(gè)獨(dú)立的局部堆地址，而這些數(shù)據(jù)在線程內(nèi)卻具有全局?jǐn)?shù)據(jù)的可訪問性，即每個(gè)線程有單獨(dú)的全局?jǐn)?shù)據(jù)拷貝，該數(shù)據(jù)對(duì)線程內(nèi)的函數(shù)具有全局作用域。

　　Win32 系統(tǒng)中與TLS 有關(guān)的API 及用法如下：

　　(1)進(jìn)程初始化時(shí)分配TLS 槽口：

　　DWORD gdwTlsIndex;gdwTlsIndex = TlsAlloc();

　　(2)調(diào)用TlsSetValue 保存數(shù)據(jù)：

　　LPVOID lpvBuffer;lpvBuffer = (LPVOID) LocalAlloc(LPTR, 256);

　　TlsSetValue(gdwTlsIndex, lpvBuffer); //保存存儲(chǔ)區(qū)指針

　　(3)調(diào)用TlsGetValue 取數(shù)據(jù)：

　　LPVOID lpvData;lpvData = TlsGetValue(gdwTlsIndex); //取TLS 槽口中保存的存//儲(chǔ)區(qū)指針

　　(4)調(diào)用TlsFree 釋放槽口：

　　lpvBuffer = TlsGetValue(gdwTlsIndex);

　　LocalFree((HLOCAL) lpvBuffer); //釋放存儲(chǔ)區(qū)

　　TlsFree(gdwTlsIndex); //釋放TLS 槽口