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?

クリティカルセクションとミューテックスはオペレーティングシステム固有のものではなく、マルチスレッド/マルチプロセッシングの概念です。

クリティカルセクション 任意の時点で単独でのみ実行する必要があるコードの一部です (たとえば、同時に実行される 5 つのスレッドと、配列を更新する「critical_section_function」と呼ばれる関数があります...5 つのスレッドすべてがそのため、プログラムが critical_section_function() を実行している場合、他のどのスレッドも critical_section_function を実行してはなりません。

ミューテックス* Mutex は、クリティカルセクションコードを実装する方法です (トークンのようなものと考えてください... critical_section_code を実行するには、スレッドがこれを所有している必要があります)

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、常にオーバーヘッドのあるカーネルへのシステムコールが発生します。

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、競合が発生した場合にのみカーネルモードに切り替わるという利点があります。一般的なケースである非競合取得は、信じられないほど高速です。競合が発生した場合、それらはカーネルに入り、何らかの同期プリミティブ (イベントやセマフォなど) を待機します。

この 2 つの時間を比較する簡単な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 回の非競合の取得と解放を行うと、ミューテックスに 1 秒以上かかります。クリティカルセクションは、1,000,000 回の取得に約 50 ミリ秒かかります。

テストコードは次のとおりです。これを実行したところ、ミューテックスが 1 番目または 2 番目の場合に同様の結果が得られたため、他の影響は見られません。

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);

他の回答に加えて、次の詳細はウィンドウの重要なセクションに固有のものです:

競合がなければ、クリティカルセクションの取得は InterlockedCompareExchange と同じくらい簡単です操作
クリティカルセクション構造にはミューテックスの余地があります。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で競合が発生した場合、ミューテックスが割り当てられて使用されます。クリティカルセクションのパフォーマンスはミューテックスのパフォーマンスに低下します
高い競合が予想される場合は、スピンカウントを指定してクリティカルセクションを割り当てることができます。
クリティカルセクションでスピンカウントの競合が発生した場合、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、その数のプロセッササイクルの間スピン (ビジー待機) します。別のスレッドへのコンテキストスイッチを実行するためのサイクル数は、所有しているスレッドがミューテックスを解放するために必要なサイクル数よりもはるかに多くなる可能性があるため、これにより、スリープ状態よりもパフォーマンスが向上する可能性があります
スピンカウントが期限切れになると、ミューテックスが割り当てられます
所有スレッドがクリティカルセクションを解放するときは、mutex が割り当てられているかどうかを確認する必要があります。割り当てられている場合は、mutex を設定して待機中のスレッドを解放します

Linux では、スピンカウントを持つ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」があると思います。

理論的な観点から、クリティカルセクションは、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。

ミューテックスは、重要なセクションを保護するために使用されるアルゴリズム (および場合によってはデータ構造の名前) です。

セマフォとモニターはミューテックスの一般的な実装です。

実際には、Windows で利用可能な多くのミューテックス実装があります。それらは主に、実装の結果として、ロックのレベル、スコープ、コスト、およびさまざまなレベルの競合下でのパフォーマンスによって異なります。さまざまなミューテックス実装のコストのグラフについては、「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。

監視
ミューテックス
セマフォ
ReaderWriterLock
ReaderWriterLockSlim
連動

lock(object) ステートメントは Monitor を使用して実装されます - MSDN を参照してください。

ここ数年、ノンブロッキング同期について多くの研究が行われてきました。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、プロセスは他のプロセスが作業を終了できるように支援し、プロセスが最終的に作業を終了できるようにします。結果として、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た場合でも、プロセスはその作業を終了できます。ロックを使用すると、ロックを解放せず、他のプロセスの続行を妨げません。