ミューテックスとクリティカルセクションの違いは何ですか？

Question

Linux、Windowsの観点から説明してください。

私はC＃でプログラミングしていますが、これらの2つの用語が違いますか？例と、そのような....

感謝のWindowsでは

Answer 1

Windowsの場合、クリティカルセクションはミューテックスよりも軽量です。

ミューテックスはプロセス間で共有できますが、カーネルへのシステムコールは常にオーバーヘッドがあります。

クリティカルセクションは1つのプロセス内でのみ使用できますが、競合の場合はカーネルモードに切り替えるという利点があります。一般的なケースでなければならない無条件取得は信じられないほど高速です。競合の場合、カーネルに入り、（イベントやセマフォのような）いくつかの同期プリミティブを待つ。

私は、それらの2つの間の時間を比較するクイックサンプルアプリを作成しました。私のシステムでは、1,000,000回の無条件取得と解放のために、mutexが1秒以上かかる。クリティカルセクションでは、1,000,000回の取得で約50ミリ秒かかります。

ここにテストコードがありますが、私はこれを実行し、mutexが1番目または2番目の場合に同様の結果を得ました。他の効果は見られません。他の回答に加えて

HANDLE mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); 
CRITICAL_SECTION critSec; 
InitializeCriticalSection(&critSec); 

LARGE_INTEGER freq; 
QueryPerformanceFrequency(&freq); 
LARGE_INTEGER start, end; 

// Force code into memory, so we don't see any effects of paging. 
EnterCriticalSection(&critSec); 
LeaveCriticalSection(&critSec); 
QueryPerformanceCounter(&start); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
{ 
    EnterCriticalSection(&critSec); 
    LeaveCriticalSection(&critSec); 
} 

QueryPerformanceCounter(&end); 

int totalTimeCS = (int)((end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000/freq.QuadPart); 

// Force code into memory, so we don't see any effects of paging. 
WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); 
ReleaseMutex(mutex); 

QueryPerformanceCounter(&start); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
{ 
    WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); 
    ReleaseMutex(mutex); 
} 

QueryPerformanceCounter(&end); 

int totalTime = (int)((end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000/freq.QuadPart); 

printf("Mutex: %d CritSec: %d\n", totalTime, totalTimeCS); 

Answer 2

で、クリティカルセクションは、あなたのプロセスに対してローカルである、あなたはできる限りを投稿してください。ミューテックスは、プロセス間で共有/アクセスすることができます。基本的にクリティカルセクションは非常に安価です。特にLinuxではコメントできませんが、一部のシステムでは同じことのエイリアスです。

Answer 3

mutexは、スレッドが獲得できるオブジェクトであり、他のスレッドが獲得できないオブジェクトです。それは勧告であり、必須ではない。スレッドは、ミューテックスがそれを取得せずに表すリソースを使用できます。

クリティカルセクションは、オペレーティングシステムによってインターラプトされないことが保証されているコードの長さです。擬似コードでは、それは次のようであろう：

StartCriticalSection(); 
    DoSomethingImportant(); 
    DoSomeOtherImportantThing(); 
EndCriticalSection(); 

Answer 4

クリティカルセクションとミューテックスは、マルチスレッド/マルチプロセッシングシステムの特定、それらの概念を動作していません。

クリティカルセクション は、任意の時点で、それ自身で実行しなければならないコードの一部（例えば、5つの同時実行中のスレッドと配列を更新し、「critical_section_function」と呼ばれる機能があります...あなたですプログラムはcritical_section_functionを（）実行しているときに、他のスレッドのどれもが自分のcritical_section_functionを実行してはならない。一度、配列を更新し、すべての5つのスレッドを望んでいない。

ミューテックス* ミューテックスがクリティカルを実装する方法ですセクションコード（それはトークンのように考える...スレッドはcritical_section_codeを実行するためにそれを所有していなければならない）

Answer 5

、次の詳細は、Windows上のクリティカルセクションに固有のものです：

• 競合が存在しない場合に、クリティカルセクションを取得することInterlockedCompareExchange操作
のと同じくらい簡単です
• クリティカルセクション構造はミューテックスのための空間を保持します。最初は割り当てられていません
• クリティカルセクションのスレッド間に競合がある場合、ミューテックスが割り当てられ、使用されます。重大な競合が予想される場合は、クリティカルセクションのパフォーマンスがミューテックスのパフォーマンスに低下します。
• スピンカウントを指定するクリティカルセクションを割り当てることができます。
• スピンカウントのクリティカルセクションに競合がある場合、クリティカルセクションを取得しようとするスレッドは、その多くのプロセッササイクルでスピン（ビジー待機）します。これにより、スリープよりもパフォーマンスが向上します。別のスレッドへのコンテキスト切り替えを実行するサイクル数が、所有スレッドがミューテックスをリリースするために取ったサイクル数よりもはるかに多い可能性があります。
• スピンカウントが満了すると、ミューテックスは、所有しているスレッドがクリティカルセクションを解放したとき、それはそれからであれば、それはLinuxでは待機中のスレッド

を解放するためにmutexを設定します、mutexが割り当てられているかどうかを確認するために必要とされる

割り当てられますスピンカウントでクリティカルセクションと同様の目的を果たす「スピンロック」を持っていると思います。

Answer 6

理論的には、critical sectionは、コードが共有リソースにアクセスするため、一度に複数のスレッドで実行してはならないコードです。

mutexは、クリティカルセクションを保護するために使用されるアルゴリズム（および時にはデータ構造の名前）です。

SemaphoresおよびMonitorsは、ミューテックスの一般的な実装です。

実際には、ウィンドウには多数のミューテックス実装が用意されています。彼らは主に、ロックのレベル、スコープ、コスト、および異なるレベルの競合下でのパフォーマンスによって、実装の結果として異なります。異なるmutex実装のコストのチャートについては、CLR Inside Out - Using concurrency for scalabilityを参照してください。

利用可能な同期プリミティブ。

• ​​
• Mutex
• Semaphore
• ReaderWriterLock
• ReaderWriterLockSlim
• Interlocked

lock(object)文はimplemenですMonitorを使用してください - 参考としてMSDNを参照してください。

最後に、多くの研究がnon-blocking synchronizationで行われています。目標は、ロックフリーまたはウェイトフリーの方法でアルゴリズムを実装することです。このようなアルゴリズムでは、プロセスが他のプロセスの作業を終了させ、プロセスが最終的に作業を完了できるようにします。結果的に、プロセスは、何らかの作業を実行しようとした他のプロセスがハングしても、その作業を終了することができます。ロックを使用すると、ロックを解放せず、他のプロセスが続行されないようにします。

Answer 7

私の2セントを追加するだけで、クリティカルセクションは構造として定義され、それらの操作はユーザーモードのコンテキストで実行されます。

ntdll!_RTL_CRITICAL_SECTION 
    +0x000 DebugInfo  : Ptr32 _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG 
    +0x004 LockCount  : Int4B 
    +0x008 RecursionCount : Int4B 
    +0x00c OwningThread  : Ptr32 Void 
    +0x010 LockSemaphore : Ptr32 Void 
    +0x014 SpinCount  : Uint4B 

mutexは、Windowsオブジェクトディレクトリに作成されたカーネルオブジェクト（ExMutantObjectType）です。ミューテックス操作は、ほとんどがカーネルモードで実装されています。たとえば、ミューテックスを作成すると、カーネルにnt！NtCreateMutantを呼び出すことになります。

Answer 8

Linuxでの「高速」Windowsクリティカル選択は、futexとなり、高速のユーザースペースミューテックスを表します。フューテックスとミューテックスの違いは、フューテックスでは、アービトレーションが必要なときにのみカーネルが関与するため、原子カウンタが変更されるたびにカーネルと会話するオーバーヘッドを節約できます。フューテックスは、ミューテックスを共有する手段を使用して、プロセス間で共有することもできます。

残念ながら、フューテクスはvery tricky to implement（PDF）です。

これを超えると、両方のプラットフォームでほぼ同じです。飢餓を起こさないように、共有構造にアトミックなトークン駆動の更新を行います。残っているのは、単にそれを達成する方法です。

Answer 9

マイケルからの偉大な答え。 C++ 11で導入されたmutexクラスの3番目のテストを追加しました。結果はやや面白いですが、依然として単一プロセスのCRITICAL_SECTIONオブジェクトの元の裏付けをサポートしています。

mutex m; 
HANDLE mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); 
CRITICAL_SECTION critSec; 
InitializeCriticalSection(&critSec); 

LARGE_INTEGER freq; 
QueryPerformanceFrequency(&freq); 
LARGE_INTEGER start, end; 

// Force code into memory, so we don't see any effects of paging. 
EnterCriticalSection(&critSec); 
LeaveCriticalSection(&critSec); 
QueryPerformanceCounter(&start); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
{ 
    EnterCriticalSection(&critSec); 
    LeaveCriticalSection(&critSec); 
} 

QueryPerformanceCounter(&end); 

int totalTimeCS = (int)((end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000/freq.QuadPart); 

// Force code into memory, so we don't see any effects of paging. 
WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); 
ReleaseMutex(mutex); 

QueryPerformanceCounter(&start); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
{ 
    WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); 
    ReleaseMutex(mutex); 
} 

QueryPerformanceCounter(&end); 

int totalTime = (int)((end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000/freq.QuadPart); 

// Force code into memory, so we don't see any effects of paging. 
m.lock(); 
m.unlock(); 

QueryPerformanceCounter(&start); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
{ 
    m.lock(); 
    m.unlock(); 
} 

QueryPerformanceCounter(&end); 

int totalTimeM = (int)((end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000/freq.QuadPart); 


printf("C++ Mutex: %d Mutex: %d CritSec: %d\n", totalTimeM, totalTime, totalTimeCS); 

私の結果は、最後の2のための時間の私の比率はマイケルのとほぼ同等であるが、私のマシンは彼よりも少なくとも4歳年下ですので、あなたが証拠を見ることができることに注意してください（217、473、および19でしたXPS-8700が出たときの2009年から2013年の間の速度の増加）。新しいミューテックスクラスは、Windowsミューテックスの2倍の速さですが、Windows CRITICAL_SECTIONオブジェクトの速度の10分の1未満です。私は非再帰的なmutexをテストしたことに注意してください。 CRITICAL_SECTIONオブジェクトは再帰的です（1回のスレッドは、同じ回数のままであれば、それらを繰り返し入力できます）。