Windows处理器调度机制

Windows处理器调度机制

一．  调度优先级

1.     Windows处理器调度力度为线程，Windows为每一个线程分配调度优先级

2.     调度器根据优先级采用抢占式调度策略，让具有最高优先级的线程首先执行

3.     Windows内核使用32个优先级分别来表示线程要求执行的紧迫性，用0~31的数字表示

4.     根据优先级的功能不同，可以分为3组：16个实时优先级别（16~31），15个可变优先级（1~15），1个系统优先级（0），为内存页清零线程保留

5.     当创建进程时，可以赋予一下优先级别：实时，高，高于一般，一般，低于一般和空闲

6.     当创建线程时，在进程的优先级别进一步赋予一下优先级别：尽量实时，最高，高于一般，一般，低于一般，最低和空闲

7.     应用优先级和系统的优先级别对应关系

36	15	12	10	8	6
35	14	11	9	7	5
24	13	10	8	6	4
23	12	9	7	5	3
22	11	8	6	4	2
实时	高	高于一般	一般	低于一般	空闲

8.     处理器调度时参考两个优先级设置：一个是从当前线程所在的进程的基准优先级，另外一个是线程的优先级

9.     一般来说，应该线程运行在可变优先级别（1~15）的范围内，如果需要进入实时优先级别（16~31）范围来运行，必须取得更高的调度优先级特权

二．  线程状态

1.     在处理器调度线程执行过程中，通过改变线程的状态对多个线程进行有效的管理

2.     如图2 一个线程在处理器调度过程中状态转化图

图2.Windows线程状态转化图

 

3.     如表2 线程状态的含义说明

状态	含义
就绪	表示一个线程已经准备就绪，等待运行。调度器查找线程库中处于就绪状态的线程，来决定下一个运行的线程
预备	表示一个线程已经被选择作为一个运行的线程，如果条件满足，调度器会将上下文环境切换到该线程。但处于预备状态的线程也可能会被转换到就绪状态继续等待
运行	当调度器将上下文环境切换到一个进程，该线程就处于运行状态。当分配给线程的时间配额用完，或则有更高优先级的线程抢占CPU，它会让出处理器
等待	当一个线程需要等待必要的系统资源时，会转入等待状态，知道系统资源就绪
过渡	如果一个线程已经准备就绪，但运行它所需的核心栈暂时被分页调度到磁盘上，它就进入过渡状态，等待核心栈调入内存
终止	当一个线程完成执行后，就进入终止状态，对象管理器释放相应的执行线程块资源
已初始化	一个线程刚被创建时的内部状态

 

三．  线程调度机制

1.     Windows通过调度数据库来为每一个优先级别的线程维护一个就绪等待队列，当处理器需要调入一个线程运行时，系统会从调度数据库中找到一个具有最高优先级别的就绪线程，并分配执行时间

2.     系统中同时有多个线程存在，而每个处理器在一个时刻只能运行一个线程，Windows用调度数据记录处于就绪的线程，以便在确定一个执行的线程时参考

3.     当一个线程进入运行状态时，它获得一个可以运行的时间配额

4.     线程在核心线程块中都记录了当前的时间配额值，每过一个时钟周期，该值就会减1，当该值为0时，表示时间配额已经用完

5.     当分配给该线程的时间配额用完时，调度器会查找调度数据库看是否有就绪的线程在等待。如果有等待的就绪线程，调度器会将正在执行的线程转入等待或就绪队列，调入下一个具有最高优先级的线程执行。如果没有则再分配时间配额让该线程继续执行

6.     Windows采用基于优先级的抢占式调度算法，在一个具有较低优先级别的线程正在运行时，如果有一个较高的优先级别的线程进入就绪等待队列，或一个具有较高优先级别的线程等待时间结束时，就可以抢占处理器优先执行

7.     当一个正在运行的线程需要等待某一个对象时，包括事件，互斥的状态解锁等，会主动让出处理器进入等待状态

8.     系统为每一个需要等待的对象维护了一个等待队列，让出处理器的线程会进入队尾等待，处在调度数据库中具有最高优先级的线程将被分配执行时间，并开始运行

9.     当一个线程的时间配额用完时，如果等待队列中有就绪线程等待，调度器会将当前线程移到就绪等待队列的队尾，而为具有最高优先级的线程分配运行时间，并开始运行

10.  当一个线程完成所有的代码运行，调度器会将它的状态设为结束。系统会将它从属进程的线程表中去掉，并释放它使用的内存和系统对象资源

11.  处理器调入和调出一个线程时，是通过切换上下文来实现的

12.  当系统调出一个正在运行的线程时，需要保存的线程上下文信息为运行指令指针，用户占和核心栈指针已经线程所在进程的虚拟地址空间指针

13.  线程的核心栈用来完成上下文的切换，调度器将调出线程的上下文环境信息压入该线程的核心栈，并将栈指针保存到该线程的核心线程块中

14.  在调入一个线程执行时，核心栈指针指向调入线程的核心栈，并恢复调入线的执行上下文

15.  如果调入线程所在的进程需要改变，处理器会将相关的地址寄存器设置到新进程的虚拟地址空间。处理器再将控制转到调入线的运行指令指针，开始运行该线程