本系列意在記錄Windwos線程的相關知識點，包括線程基礎、線程調度、線程同步、TLS、線程池等
信號量內核對象
信號量內核對象用來進行資源計數，它包含一個使用計數、最大資源數、當前資源計數。最大資源數表示信號量可以控制的最大資源數量，當前資源數表示信號當前可用的資源數量。
設想一個場景：需要開發一個服務器進程，最多同時運行5個線程來響應客戶端請求，應該設計一個“線程池”。最開始的時候，5個線程都應該在等待狀 態，如果有一個客戶端請求到來，那么喚醒其中的一個線程以處理客戶端請求，如果同時的請求數量為5，那么5個線程將全部投入使用，再多的請求應該被放棄。 也就是說，隨著客戶端請求的增加，當前資源計數隨之遞減。
我們可能需要這樣的一個內核對象來實現這個功能：初始化5個線程并同時等待一個內核對象觸發，當一個客戶端請求到來時，試圖觸發內核對象，這樣5個 線程中隨機一個被喚醒，并且自動使內核對象變為未觸發。外部判斷上限是否到達5。表面看來似乎用“自動重置的事件對象”即可實現這個功能啊，為什么要涉及 到信號量呢？因為信號量還可以控制一次喚醒多少個線程！！而且這個例子只是信號量的一個用途，后面我們會看到一個更實際的用途。
總結一下，信號量內核對象是這樣的一種對象：它維護一個資源計數，當資源計數大于0，處于觸發狀態；資源計數等于0時，處于未觸發狀態；資源計數不可能小于0，也絕不可能大于資源計數上限。下圖展示了這種內核對象的特點：
如上圖，只有資源計數>0時才是觸發狀態，資源=0時為未觸發狀態，而WaitForSingleObject成功將遞減資源計數，調用ReleaseSemaphore將增加資源計數。
下面兩個函數CreateSemaphore和CreateSemaphoreEx用于創建信號量對象：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | HANDLE WINAPI CreateSemaphore(
__in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,//內核對象安全描述符
__in LONG lInitialCount,//資源計數的初始值
__in LONG lMaximumCount,//資源計數的最大值
__in_opt LPCTSTR lpName //內核對象命名
);
HANDLE WINAPI CreateSemaphoreEx(
__in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
__in LONG lInitialCount,
__in LONG lMaximumCount,
__in_opt LPCTSTR lpName,
__reserved DWORD dwFlags,
__in DWORD dwDesiredAccess
);
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任何進程可以用OpenSemaphore來得到一個命名的信號量：
1 2 3 4 5 | HANDLE WINAPI OpenSemaphore(
__in DWORD dwDesiredAccess,
__in BOOL bInheritHandle,
__in LPCTSTR lpName
);
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線程通過調用ReleaseSemaphore來遞增資源計數，不一定每次只遞增1，可以設置遞增任意值。當將要超過資源上限值的時候，ReleaseSemaphore會返回FALSE。
1 2 3 4 5 | BOOL WINAPI ReleaseSemaphore(
__in HANDLE hSemaphore,
__in LONG lReleaseCount,//可以設置遞增的值
__out_opt LPLONG lpPreviousCount//返回先前的資源計數
);
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互斥量內核對象
互斥量（mutex）用來確保一個線程獨占對一個資源的訪問。互斥量包含一個使用計數、線程ID和一個遞歸計數，互斥量與關鍵段的行為幾乎相同（因 為它記錄了線程ID和遞歸計數，使得互斥量可以支持遞歸調用的情況）。互斥量的規則十分簡單：如果線程ID為0（即沒有線程獨占它），那么它處于觸發狀 態，任何試圖等待該對象的線程都將獲得資源的獨占訪問；如果線程ID不為0，那么它處于未觸發狀態，任何試圖等待該對象的線程都將等待。
可以使用CreateMutex或者CreateMutexEx創建互斥對象：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | HANDLE WINAPI CreateMutex(
__in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
__in BOOL bInitialOwner,//初始化對象的狀態，如果傳入FALSE則會初始化為觸發狀態，如果傳入TRUE，那么對象的線程ID會被設置成當前調用線程，并初始化為未觸發
__in_opt LPCTSTR lpName
);
HANDLE WINAPI CreateMutexEx(
__in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
__in_opt LPCTSTR lpName,
__in DWORD dwFlags,
__in DWORD dwDesiredAccess
);
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一如既往，OpenMutex用于打開一個已經命名的互斥量內核對象：
1 2 3 4 5 | HANDLE WINAPI OpenMutex(
__in DWORD dwDesiredAccess,
__in BOOL bInheritHandle,
__in LPCTSTR lpName
);
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線程在獲得對獨占資源的訪問權限之后，可以正常執行相關的邏輯，當需要釋放互斥對象的時候可以調用ReleaseMutex：
1 2 3 | BOOL WINAPI ReleaseMutex(
__in HANDLE hMutex
);
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互斥量與其他內核對象不同，它會記錄究竟是哪個線程占用了共享資源，結合遞歸計數，同一個線程可以在獲得共享資源之后繼續訪問共享資源，這個行為就像關鍵段一樣。然而互斥量和關鍵段從本質上是不同的，關鍵段是用戶模式的線程同步方法，而互斥量是內核模式的線程同步方式。
介紹完這兩個內核對象后，我們思考一下前面在【Windows】線程漫談——線程同步之Slim讀/寫鎖中 設計的一個場景：有一個共享的隊列，2個服務端線程負責讀取隊列中的條目以處理，2個客戶端線程負責寫入隊列中的條目以使服務先端線程處理，當隊列中沒有 條目的時候應當掛起服務端線程，直到有條目進入時才被喚醒，另一方面，當隊列已滿時，客戶端線程應當掛起直到服務端至少處理了一個條目，以釋放至少一個條 目的空間。
現在我們來用信號量和互斥量來實現同樣的功能，下面的流程圖分別是客戶端寫入線程和服務端讀取線程的邏輯：
1.首先創建一個互斥量對象m_hmtxQ，并初始化為未觸發狀態；之后創建一個信號量對象，并設置最大資源計數為隊列的長度，初始化資源計數為0，正好表征隊列元素的個數。
1 2 | m_hmtxQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
m_hsemNumElements = CreateSemaphore(NULL,0,nMaxElements,NULL);
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2.設計客戶端核心邏輯如下圖：
WatiForSingleObject：試圖獲得隊列的獨占訪問權限，對于這個隊列無論是讀還是寫都應該是線程獨占的。因此，使用互斥量對象來同步；
ReleaseSemaphore：試圖增加一個資源計數，表征客戶端想要向隊列中增加一個元素，當然隊列可能現在已經滿了，對應的資源計數已達到 計數上限，此時ReleaseSemaphore會返回FALSE，這樣客戶端就不能像隊列中插入元素。反之，如果ReleaseSemaphore返回 TRUE，表示隊列沒有滿，客戶端可以向隊列中插入元素。
ReleaseMutex：無論客戶端是否能夠像隊列中插入元素，在結束訪問后，都應該釋放互斥對象，以便其他線程能夠進入臨界資源。
3.設計服務端核心邏輯如下圖：
WatiForSingleObject：試圖獲得隊列的獨占訪問權限，對于這個隊列無論是讀還是寫都應該是線程獨占的。因此，使用互斥量對象來同步；
WaitForSingleObject(m_hsemNumElements…)：試圖檢查信號量對象是否是觸發狀態。只有是觸發狀態的信號量對 象，線程才能進入；也就意味著：隊列中只要有元素（資源>0，觸發狀態），服務端就能讀取。反之，如果隊列中沒有元素（資源=0，未觸發狀態），服 務端將暫時不能訪問隊列，這時應該立即釋放Mutex。
ReleaseMutex：無論客戶端是否能夠像隊列中插入元素，在結束訪問后，都應該釋放互斥對象，以便其他線程能夠進入臨界資源。
原文：http://www.cnblogs.com/P_Chou/archive/2012/07/13/semaphore-and-mutex-in-thread-sync.html