基于線程局部存儲技術(shù)的多通道數(shù)控系統(tǒng)仿真

　　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(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(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(shè)計的底層基礎(chǔ)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(biāo)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