Критическая секция

Критическая секция — участок исполняемого кода программы, в котором производится доступ к общему ресурсу (данным или устройству), который не должен быть одновременно использован более чем одним потоком выполнения. При нахождении в критической секции двух (или более) потоков возникает состояние «гонки» («состязания»). Для избежания данной ситуации необходимо выполнение четырех условий:

1. Два потока не должны одновременно находиться в критических областях.
2. В программе не должно быть предположений о скорости или количестве процессоров.
3. Поток, находящийся вне критической области, не может блокировать другие потоки.
4. Невозможна ситуация, в которой поток вечно ждет попадания в критическую область.

Критическая секция (англ. critical section) — объект синхронизации потоков, позволяющий предотвратить одновременное выполнение некоторого набора операций (обычно связанных с доступом к данным) несколькими потоками. Критическая секция выполняет те же задачи, что и мьютекс.

Между мьютексом и критической секцией есть терминологические различия, так процедура, аналогичная захвату мьютекса, называется входом в критическую секцию (англ. enter), снятию блокировки мьютекса — выходом из критической секции (англ. leave).

Процедура входа и выхода из критических секций обычно занимает меньшее время, нежели аналогичные операции мьютекса, что связано с отсутствием необходимости обращаться к ядру ОС.

В операционных системах семейства Microsoft Windows разница между мьютексом и критической секцией в том, что мьютекс является объектом ядра и может быть использован несколькими процессами одновременно, критическая секция же принадлежит процессу и служит для синхронизации только его потоков.

Критические секции Windows имеют оптимизацию, заключающуюся в использовании атомарно изменяемой переменной наряду с объектом «событие синхронизации» ядра. Захват критической секции означает атомарное увеличение переменной на 1. Переход к ожиданию на событии ядра осуществляется только в случае, если значение переменной до захвата было уже больше 0, то есть происходит реальное «соревнование» двух или более потоков за ресурс.

Таким образом, при отсутствии соревнования захват/освобождение критической секции обходятся без обращений к ядру.

Кроме того, захват уже занятой критической секции до обращения к ядру какое-то малое время ждёт в цикле (кол-во итераций цикла (англ. spin count) задаётся функциями InitializeCriticalSectionAndSpinCount() или SetCriticalSectionSpinCount()) опроса переменной числа текущих пользователей, и, если эта переменная становится равной 0, то захват происходит без обращений к ядру.

Сходный объект в ядре Windows называется FAST_MUTEX (ExAcquire/ReleaseFastMutex). Он отличается от критической секции отсутствием поддержки рекурсивного повторного захвата тем же потоком.

Аналогичный объект в Linux называется фьютекс.

Источник: Википедия