windows的線程管理和調(diào)度機(jī)制

《windows的線程管理和調(diào)度機(jī)制》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、Windows的線程管理和調(diào)度機(jī)制環(huán)93張晨2009010378線程，有時(shí)被稱為輕量級(jí)進(jìn)程，是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針，寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。既然線程作為程序執(zhí)行流的最小單元，那么在Windows中，是怎樣管理和調(diào)度線程的呢？在WindowsNT以后，Windows實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的搶先式多處理器調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)度系統(tǒng)總是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的就緒線程。通常線程

2、可在任何可用處理器上運(yùn)行，但也可限制某線程只能在某處理器上運(yùn)行。先看一下優(yōu)先級(jí)是怎么劃分的。線程總共分為32個(gè)優(yōu)先級(jí)，具體看下圖：線程優(yōu)先級(jí)分為實(shí)時(shí)（從16到31，如設(shè)備監(jiān)控線程）和可變優(yōu)先級(jí)（從1到15），級(jí)別0保留為系統(tǒng)使用。線程的基本優(yōu)先級(jí)=[進(jìn)程的基本優(yōu)先級(jí)-2，進(jìn)程的基本優(yōu)先級(jí)+2]，由應(yīng)用程序控制。線程的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)=[進(jìn)程的基本優(yōu)先級(jí)-2,31]，由NT核心控制。為了提高調(diào)度速度，WindowsNT維護(hù)了一個(gè)稱為就緒位圖的32位量。就緒位圖中的每一位指示一個(gè)調(diào)度優(yōu)先級(jí)的就緒隊(duì)列中是否有線程等待運(yùn)行。還有一個(gè)稱為空閑位圖的32位量用來(lái)指示一個(gè)處理機(jī)是否處于

3、空閑狀態(tài)。但光有線程的優(yōu)先級(jí)的話那么相同優(yōu)先級(jí)的線程中只有一個(gè)執(zhí)行到底，其他的都處于等待，所以還有一個(gè)時(shí)間配額的制度。時(shí)間配額是一個(gè)線程從進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)到系統(tǒng)檢查是否有其他優(yōu)先級(jí)相同的線程需要開(kāi)始運(yùn)行之間的時(shí)間總和。一個(gè)線程用完了自己的時(shí)間配額時(shí)，如果沒(méi)有其它相同優(yōu)先級(jí)線程，Windows2000將重新給該線程分配一個(gè)新的時(shí)間配額，并繼續(xù)運(yùn)行。每個(gè)線程都有一個(gè)代表本次運(yùn)行最大時(shí)間長(zhǎng)度的時(shí)間配額。在每個(gè)線程擁有優(yōu)先級(jí)和時(shí)間配額后，通常線程先在許多等待函數(shù)的調(diào)用中進(jìn)入等待狀態(tài)，進(jìn)入等待狀態(tài)線程的時(shí)間配額不會(huì)被重置，而是在等待事件出現(xiàn)時(shí)，線程的時(shí)間配額被減1相當(dāng)于1/3個(gè)時(shí)

4、鐘間隔；如果線程的優(yōu)先級(jí)大于等于14在等待事件出現(xiàn)時(shí)，線程的優(yōu)先級(jí)被重置?？赡茉谶@兩種情況下出現(xiàn)搶先的情況：一個(gè)是高優(yōu)先級(jí)線程的等待完成，即一個(gè)線程等待的事件出現(xiàn)。一個(gè)是一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)被增加或減少。在判斷一個(gè)線程是否被搶先時(shí)，并不考慮線程處于用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)，調(diào)度器只是依據(jù)線程優(yōu)先級(jí)進(jìn)行判斷。當(dāng)線程被搶先時(shí)，它被放回相應(yīng)優(yōu)先級(jí)的就緒隊(duì)列的隊(duì)首。如果剛用完時(shí)間配額的線程優(yōu)先級(jí)降低了，系統(tǒng)將尋找一個(gè)優(yōu)先級(jí)高于剛用完時(shí)間配額線程的新設(shè)置值的就緒線程。如果剛用完時(shí)間配額的線程的優(yōu)先級(jí)沒(méi)有降低，并且有其他優(yōu)先級(jí)相同的就緒線程，系統(tǒng)將選擇相同優(yōu)先級(jí)的就緒隊(duì)列中的下一個(gè)線程進(jìn)入

5、運(yùn)行狀態(tài)，剛用完時(shí)間配額的線程被排到就緒隊(duì)列的隊(duì)尾(即分配一個(gè)新的時(shí)間配額并把線程狀態(tài)從運(yùn)行狀態(tài)改為就緒狀態(tài))。如果沒(méi)有優(yōu)先級(jí)相同的就緒線程可運(yùn)行，剛用完時(shí)間配額的線程將得到一個(gè)新的時(shí)間配額并繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)線程完成運(yùn)行時(shí)，它的狀態(tài)從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)到終止?fàn)顟B(tài)。線程完成運(yùn)行的原因可能是通過(guò)調(diào)用函數(shù)而從主函數(shù)中返回或通過(guò)被其他線程通過(guò)調(diào)用函數(shù)來(lái)終止。如果處于終止?fàn)顟B(tài)的線程對(duì)象上沒(méi)有未關(guān)閉的句柄，則該線程將被從進(jìn)程的線程列表中刪除，相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將被釋放。這是Windows中大概的線程管理和調(diào)度的方法，而WindowsNT中還有一個(gè)很重要的多線程的機(jī)制。由于線程比進(jìn)程開(kāi)銷小而且創(chuàng)建

6、得更快，同一進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程共享同一塊內(nèi)存，便于線程之間數(shù)據(jù)共享和傳送以及所有的進(jìn)程資源對(duì)線程都有效的原因，系統(tǒng)采用多線程而不采用多進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。首先一個(gè)處理器在一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)線程，WindowsNT允許用戶同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。這是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：(1)運(yùn)行一個(gè)線程,直到它被中斷或進(jìn)入等待狀態(tài)；(2)保存該線程的描述表；(3)操作系統(tǒng)從等待執(zhí)行的線程隊(duì)列中挑選一個(gè)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)最高的線程作為執(zhí)行線程,裝入它的描述表(一旦線程獲得CPU時(shí)間片，它的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)就降低，但不會(huì)低于它的基礎(chǔ)優(yōu)先級(jí))；(4)若還存在等待被執(zhí)行的線程,則重復(fù)上述過(guò)程。處理器就是這樣根據(jù)優(yōu)

7、先級(jí)不斷地切換執(zhí)行線程，它的高速度使人產(chǎn)生多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行的錯(cuò)覺(jué)。所以一個(gè)處理器實(shí)際上仍然只能處理一個(gè)線程，這只是利用了高速度上的近似同時(shí)性。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有多個(gè)處理器時(shí)，多線程就能實(shí)現(xiàn)真正的同時(shí)執(zhí)行。目前，NT的對(duì)稱多處理器結(jié)構(gòu)(SMP)最多支持32個(gè)處理器。WindowsNT是占先式多任務(wù)操作系統(tǒng)，這意味著操作系統(tǒng)不必等待一個(gè)線程,它可主動(dòng)將處理器讓給其它線程。在這種方式下,當(dāng)一個(gè)線程已運(yùn)行了配額的時(shí)間后，或出現(xiàn)搶先情況時(shí)，操作系統(tǒng)將中斷該線程。如圖所示：線程轉(zhuǎn)讓CPU處理時(shí)間是被迫的。占先式多任務(wù)可以防止線程獨(dú)占CPU,允許其它線程公平地分享CPU執(zhí)行時(shí)間,