Планирование потоков, приоритет и привязка к процессорам
Глава 7 - Планирование потоков, приоритет и привязка к процессорам
Операционная система с вытесняющей многозадачностью должна использовать тот или иной алгоритм, позволяющий ей распределять процессорное время между потоками. Здесь мы рассмотрим алгоритмы, применяемые в Windows 98 и Windows 2000. В главе 6 мы уже обсудили структуру CONTEXT, поддерживаемую в объекте ядра "поток", и выяснили, что она отражает состояние регистров процессора на момент последнего выполнения потока процессором. Каждые 20 мс (или около того) Windows просматривает все существующие объекты ядра "поток" и отмечает те из них, которые могут получать процессорное время. Далее она выбирает один из таких объектов и загружает в регистры процессора значения из его контекста. Эта операция на зывается переключением контекста (context switching). По каждому потоку Windows ведет учет того, сколько раз он подключался к процессору. Этот показатель сообщают специальные утилиты вроде Microsoft Spy++. Например, на иллюстрации ниже показан список свойств одного из потоков. Обратите внимание, что этот поток подключался к процессору 37379 раз.
Поток выполняет код и манипулирует данными в адресном пространстве своего процесса Примерно через 20 мс Windows сохранит значения регистров процессора в контексте потока и приостановит его выполнение. Далее система просмотрит остальные объекты ядра "поток", подлежащие выполнению, выберет один из них, загрузит его контекст в регистры процессора, и все повторится. Этот цикл операций — выбор потока, загрузка его контекста, выполнение и сохранение контекста — начинается с момента запуска системы и продолжается до ее выключения.
Таков вкратце механизм планирования работы множества потоков. Детали мы обсудим позже, но главное я уже показал. Все очень просто, да? Windows потому и называется системой с вытесняющей многозадачностью, что в любой момент может приостановить любой поток и вместо него запустить другой. Как Вы еще увидите, этим механизмом можно управлять, правда, крайне ограниченно.
Всегда помните: Вы не в состоянии гарантировать, что Ваш поток будет выполняться непрерывно, что никакой другой поток не получит доступ к процессору и т.д.
NOTE:
Меня часто спрашивают, как сделать так, чтобы поток гарантированно запускался в течение определенного времени после какого-нибудь события — например, не позднее чем через миллисекунду после приема данных с последовательного порта? Ответ прост: никак. Такие требования можно предъявлять к операционным системам реального времени, но Windows к ним не относится. Лишь операционная система реального времени имеет полное представление о характеристиках аппаратных средств, на которых она работает (об интервалах запаздывания контроллеров жестких дисков, клавиатуры и т.д.). А создавая Windows, Microsoft ставила другую цель обеспечить поддержку максимально широкого спектра оборудования — различных процессоров, дисковых устройств, сетей и др. Короче говоря, Windows не является операционной системой реального времени.
Хочу особо подчеркнуть, что система планирует выполнение только тех потоков, которые могут получать процессорное время, но большинство потоков в системе к таковым не относится. Так, у некоторых объектов-потоков значение счетчика простоев (suspend count) больше 0, а значит, соответствующие потоки приостановлены и не получают процессорное время. Вы можете создать приостановленный поток вызовом CreateProcess или CreateThread с флагом CREATESUSPENDED. (В следующем разделе я расскажу и о таких функциях, как SuspendThread и ResumeThread.)
Кроме приостановленных, существуют и другие потоки, не участвующие в распределении процессорного времени, — они ожидают каких-либо событий. Например, если Вы запускаете Notepad и не работаете в нем с текстом, его поток бездействует, а система не выделяет процессорное время тем, кому нечего делать. Но стоит лишь сместить его окно, прокрутить в нем текст или что-то ввести, как система автоматически включит поток Notepad в число планируемых. Это вовсе не означает, что поток Notepad тут же начнет выполняться.Просто система учтет его при планировании потоков и когда-нибудь выделит ему время — по возможности в ближайшем будущем.
