笔记-线程调度(winodws篇)

旅游回来了，继续写博客。最近没什么时间，而且过两天还要去桂林，算法相关的先放一放。写点操作系统相关的，轻松一点。这毕竟还算是本职工作。水平有限，对问题的理解可能有不正确的地方。还希望高手能够予以指正。

为啥要写线程调度：

1.作为一个it,经常被人问为什么电脑为什么越来越慢。但是就是这个简单的问题，却让人没法回答。

2.做运维经常要监控cpu空闲时间，了解线程调度，能更好的理解cpu时间的意义。

学过操作系统的都知道，单核的cpu的线程调度一般是一个圆盘队列，如果专业点叫做round robin。所有线程在里面轮转。每个线程一次最多只能占一定的时间片。

问题在于这些线程并不是均等的。有些需要及时地响应，有些需要较大的吞吐量。

针对这些需求，有两种解决办法：

一是增加线程的优先级，二是增加线程每次轮转所能得到的时间片。

第一种方式可以有效的提升线程的响应速度，第二种能够合理地增大线程的吞吐量。

这个原理本身是比较简单的，但是操作系统会根据不同情况动态地调整优先级和时间片。由于这两种方式的差异很大，因此造成了很多让人困惑的地方。

先说一下windows吧。

明确几个问题：

1.操作系统调度的最小单位是线程，而不是进程。linux调度的单位是进程是因为在linux里面，线程是另一种具有特定参数的进程，把两个进程的空间捏到了一起。实际上，还是对线程进行调度。

2.线程调度优先级和中断级别是两个概念。用户的线程基本都处在最低级的中断级别。

3.只有状态处于ready状态的线程才会参与调度。

4.绝大多数程序都是io-bound,cpu-bound的程序非常少。

能够形成cpu-bound的最大的可能就是程序陷入了一个非常大的循环。而且这个循环内不存在同步的io操作。

比如:

写了这样一个程序

#!/usr/bin/env python
i=0
while True:
        print i

我平时工作的电脑是一台vsphere下的win2008R2的虚拟机，有4颗虚拟cpu。

这个程序只能占4%的cpu。这是因为print 输出是io操作，等待print返回会让程序陷入休眠状态。

一旦把程序改成

#!/usr/bin/env python
while True:
        pass

一旦运行，就会立刻把cpu飚到25%,占满一整颗cpu的时间。

5.windows调度的特征是主要以修改线程优先级为主。同linux的nice值不同，linux进程的nice值主要是决定时间片的大小。

优先级有两种，一种是静态优先级。或者叫初始优先级。继承于进程的优先级。一种是动态优先级，由操作系统根据线程的情况动态调整。

优先级一共0~31，32个级别。普通用户线程的优先级在1~15之间。动态调度不会超过15这个数值。一般程序默认的优先级是8。

我用c写了一个无限循环。它毫无压力地占掉一整颗cpu的时间。

我开了2个进程，并用process explorer把两个进程放到同一颗cpu。于是每个进程各站12.5%。

A.我把一颗cpu的优先级调高一点。那么这个程序就会占掉25%的cpu.而另一个进程就会停掉。cpu cycles完全不动。但是每4秒钟，那个优先级低的进程能够运行一下，走掉8*10^8左右的cpu cycles。

这说明出于瓶颈状态的调度完全是按照优先级来进行的。但是系统还会检查超过4秒钟没有能够得到运行的线程，把这些线程的优先级临时提升到15，让他们能够得到执行。

如果我开了3个进程放在一个cpu，同样提升一个进程的优先级。每4秒钟，优先级低的进程还是会走掉8*10^8左右的cpu cycles。这说明时间片的大小和进程的多少没有关系。

默认貌似时间片大小和cpu也无关。我用clockres测试了2个完全不同的cpu的机器，周期都是15.6ms。猜测基础时间片的计算单位是时间，而非cpu频率。

B.我点选了一个进程之后，两个进程的cpu获得的比例变成了2:1。如果我开了3个进程并放在一颗cpu，那么这3个进程获得cpu的比例变成了2:1:1。用process explorer查看线程的动态优先级，并没有发生变化。

这个现象说明了操作系统会把获得焦点的进程每次的时间片翻倍。

C.我开了一个空循环程序，再开一个有着print循环的程序。放在了同一颗cpu上面。有着print 循环的程序的动态优先级会在8和9之间徘徊。而我点选这个程序，会让这个程序的优先级在8到11之间徘徊。

按照《深入理解windows内核》里面的说法，等待的io或者信号量的到来会让这个线程的优先级提高。而这类程序到到前台以后，优先级会再增加2

D.如果我开了4个进程，把这4个进程放置在不同的cpu，那么会占掉100%的cpu。不过系统还是和以前一样流畅。这是因为这4个进程的优先级都是8。任何一个优先级高于8的进程都会抢占掉这4个进程的cpu时间。

但是当我把第二颗cpu上的进程的基本优先级调整到high:13。桌面的响应就会变得奇慢，每4秒才会对所做的操作产生一次反应。三个进程，或者调整其他cpu优先级都不会造成这种反应。

这说明我的电脑负责桌面的是第二颗cpu。如果这个cpu被占，那么调度程序会把它换一个cpu，但是为什么在第二颗cpu被高优先级线程占据的情况下，其他cpu被低优先级线程占据，这个线程没能够抢到优先级低的其他cpu的时间。还解释不清楚原因，大概这是调度一个逻辑上小bug吧。

最后要说明对于操作系统来说，cpu 100%其实没什么关系，优先级才是关键。但是对应用程序来说，偶尔过高的cpu可能说明你的程序存在逻辑上的问题。正常态过高的cpu可能会在峰值时候出现性能瓶颈。