基于線程局部存儲技術(shù)的多通道數(shù)控系統(tǒng)仿真
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摘要：在多實例多線程情況下，ActiveX 組件的不同實例共享同一全局數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在改造集成面向過程開發(fā)的傳統(tǒng)代碼時必須修改代碼以消除全部全局變量。針對該情況，使用線程局部存儲技術(shù)實現(xiàn)全局變量的局部化，采用具有大量全局變量的實體仿真代碼實現(xiàn)ActiveX封裝。該技術(shù)已成功應用于基于工業(yè)以太網(wǎng)的多通道數(shù)控系統(tǒng)中。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/148257.htm關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);線程局部存儲;組件對象模型;ActiveX 組件
1 概述
組件對象模型(CompONent Object Model, COM)是由美國微軟公司提出的一種二進制代碼互操作規(guī)范，ActiveX 是實現(xiàn)了一些特定接口(例如IDispatch)的標準COM 組件。
COM/ActiveX 規(guī)范已成為軟件業(yè)內(nèi)最重要的工業(yè)標準之一。
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)造應用軟件，從而提高生產(chǎn)效率，使軟件設計更加規(guī)范可靠。目前基于組件的軟件開發(fā)方法已經(jīng)在業(yè)界得到廣泛應用。在數(shù)控系統(tǒng)中也使用組件技術(shù)實現(xiàn)加工仿真，但現(xiàn)有文獻較少涉及多個ActiveX 組件實例的情況。ActiveX 組件采用類似Windows消息運行機制的單套間模型(Single Threaded Apartment, STA)來串行化對組件屬性和方法的調(diào)用，即對ActiveX 組件的所有調(diào)用由COM 系統(tǒng)負責線程的同步。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)建一個隱藏窗口，將套間外的線程對這個對象的調(diào)用都轉(zhuǎn)變成對隱藏窗口發(fā)送消息，并由隱藏窗口的消息處理函數(shù)來實際調(diào)用組件對象，從而實現(xiàn)STA 套間模型。
一個進程中的所有線程均處于同一虛擬地址空間，每個函數(shù)的局部變量在運行該函數(shù)的每個線程中都是唯一的，但靜態(tài)和全局變量則被所有線程所共享。即在多個ActiveX 組件實例的情況下，ActiveX 組件的 STA 模型不能保證全局數(shù)據(jù)成員是線程安全的。
2 線程局部存儲原理
線程局部存儲(Thread Local Storage, TLS)是Win32 系統(tǒng)提供的一種簡化多線程程序設計的底層基礎技術(shù)，其實質(zhì)是介入全局數(shù)據(jù)創(chuàng)建過程，建立并管理全局數(shù)據(jù)與線程的關(guān)聯(lián)，使得全局數(shù)據(jù)為其關(guān)聯(lián)線程所私有。TLS 原理如圖1 所示。
每個進程擁有一組TLS 槽口(Slot)，每個槽口用序號標識，Windows 2000 有1 088 個這樣的槽口。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)，進程中使用同一個序號的不同線程可指向獨立的局部堆內(nèi)存中進行數(shù)據(jù)存儲，即線程ID 和槽口號確定了一個二維空間映射，線程通過API 函數(shù)獲得線程間相互獨立的數(shù)據(jù)存儲地址。
圖 1 也表明了采用TLS 機制的具有2 個ActiveX 組件實例的運行時軟件內(nèi)存結(jié)構(gòu)，進程分配了2 個TLS 索引值gdwTlsIndex1 和 gdwTlsIndex2，這2 個索引值代表了TLS槽口的序號，但不同線程按照相同的序號卻得到2 個獨立的局部堆地址，而這些數(shù)據(jù)在線程內(nèi)卻具有全局數(shù)據(jù)的可訪問性，即每個線程有單獨的全局數(shù)據(jù)拷貝，該數(shù)據(jù)對線程內(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)進程初始化時分配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//儲區(qū)指針
(4)調(diào)用TlsFree 釋放槽口：
lpvBuffer = TlsGetValue(gdwTlsIndex);
LocalFree((HLOCAL) lpvBuffer); //釋放存儲區(qū)
TlsFree(gdwTlsIndex); //釋放TLS 槽口
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