Планирование

В операционной системе Windows 2000 нет центрального потока планирования. Вместо этого, когда какой-либо поток не может более выполняться, то он сам переходит в режим ядра и запускает планировщика, чтобы определить, на какой поток переключиться. Текущий поток выполняет программу планировщика при одном из следующих условий:

1. Поток блокируется на семафоре, мьютексе, событии, операции ввода-вывода и т. д. Поток уже работает в режиме ядра, чтобы выполнить операцию с объектом диспетчера или ввода-вывода. Возможно, он не может продолжать работу, поэтому он должен сохранить свой контекст, запустить программу планировщика, чтобы выбрать своего преемника, и загрузить контекст этого потока, чтобы запустить его.

2. Поток сигнализирует каким-либо объектом (например, выполняет операцию up на семафоре). Поток находится в ядре. После сигнализирования объектом он может продолжать работу, так как эта операция никогда не приводит к блокированию. Тем не менее поток должен запустить процедуру планировщика, чтобы посмотреть, нет ли среди готовых к работе потока с более высоким приоритетом. Если такой поток есть, происходит переключение на этот поток, так как операционная система Windows 2000 является системой с приоритетным прерыванием (то есть переключение потока может произойти в любой момент, а не только тогда, когда у текущего потока закончится выделенный ему квант времени).

3. Истекает квант времени работающего потока. Происходит эмулированное прерывание с передачей управления в ядро. При этом поток запускает процедуру планировщика, чтобы определить, какой поток следует запустить после текущего потока. Если все остальные потоки в данный момент окажутся заблокированными, планировщик может продолжить выполнение текущего потока, выделив ему новый квант времени. В противном случае происходит переключение потока.

Планировщик вызывается при еще двух условиях:

1. Завершается операция ввода-вывода. Какой-нибудь поток ожидал окончания этой операции ввода-вывода и теперь может продолжить свою работу. Необходимо определить, должен ли этот поток прервать выполнение текущего потока, так как потокам не гарантируется минимальный рабочий интервал времени. Планировщик не запускается во время работы самой процедуры обработки прерываний (так как при этом прерывания могут оказаться запрещенными на слишком долгий срок). Вместо этого отложенный вызов процедуры DPC устанавливается в очередь и выполняется немного позднее, после того как процедура обработки прерываний закончит свою работу.

2. Истекает ожидание таймера. Поток выполнил операцию down на семафоре или блокировался на каком-либо другом объекте, но установленное время ожидания истекло. И в этом случае обработчик прерываний должен установить DPC в очередь, чтобы она не была запущена во время работы обработчика прерываний. Если в результате тайм-аута поток оказался готовым к работе, будет запущен планировщик, и если ничего более важного в данный момент нет, будет выполнен отложенный вызов процедуры.

Алгоритм планирования. Интерфейс Win32 API содержит два вызова, предоставляющих процессам возможность влиять на планирование потоками. Алгоритм планирования в большой степени определяется этими вызовами. Во-первых, есть вызов SetPriori tyCl ass, устанавливающий класс приоритета всех потоков вызывающего процесса. К допустимым значениям приоритета относятся: реального времени, высокий, выше нормы, нормальный, ниже нормы и неработающий.

Во-вторых, имеется вызов SetThreadPriority, устанавливающий относительный приоритет некоторого потока (возможно, но не обязательно, потока, обращающе­гося к этому вызову) по сравнению с другими потоками данного процесса. Приоритет может иметь следующие значения: критичный ко времени, самый высокий, выше нормы, нормальный, ниже нормы, самый низкий и неработающий. Таким образом, шесть классов процессов и семь классов потоков могут образовать 42 комбинации. Эта информация поступает на вход алгоритма планирования.

Планировщик работает следующим образом. В системе существует 32 уровня приоритета, пронумерованные от 0 до 31. 42 комбинации отображаются на эти 32 приоритета в соответствии с табл. 3. Число в таблице определяет базовый приоритет потока. Кроме того, у каждого потока есть текущий приоритет, который может быть выше (но не ниже) базового приоритета и о котором мы скажем несколько слов.

Чтобы использовать эти приоритеты для планирования, система содержит массив из 32 элементов, соответствующих приоритетам от 0 до 31, полученных из табл. 3. Каждый элемент массива указывает на начало списка готовых потоков с соответствующим приоритетом. Базовый алгоритм планирования состоит из процедуры сканирования массива от приоритета 31 до приоритета 0. Как только найден непустой элемент, выбирается поток в начале очереди и запускается на один квант времени. Когда квант истекает, поток направляется в конец очереди своего приоритета, а следующим выбирается поток в начале очереди. Другими словами, когда есть несколько готовых потоков с наивысшим уровнем приоритета, они запускаются поочередно, получая каждый по одному кванту времени. Если готовых потоков нет, запускается бездействующий поток.

Таблица 3.