Страница
6
- Адресное пространство - диапазон адресов виртуальной памяти, которым может пользоваться процесс;
- Исполняемая программа и данные, проецируемые на виртуальное адресное пространство процесса.
Потоки
Процессы инертны. Отвечают же за исполнение кода, содержащегося в адресном пространстве процесса, потоки. Поток (thread) - некая сущность внутри процесса, получающая процессорное
время для выполнения. В каждом процессе есть минимум один поток. Этот первичный поток создается системой автоматически при создании процесса. Далее этот поток может породить другие потоки, те в свою очередь новые и т.д. Таким образом, один процесс может владеть несколькими потоками, и тогда они одновременно исполняют код в адресном пространстве процесса. Каждый поток имеет:
- Уникальный идентификатор потока;
- Содержимое набора регистров процессора, отражающих состояние процессора;
- Два стека, один из которых используется потоком при выполнении в режиме ядра, а другой - в пользовательском режиме;
- Закрытую область памяти, называемую локальной памятью потока (thread local storage, TLS) и используемую подсистемами, run-time библиотеками и DLL.
Планирование потоков
Чтобы все потоки работали, операционная система отводит каждому из них определенное процессорное время. Тем самым создается иллюзия одновременного выполнения потоков (разумеется, для многопроцессорных компьютеров возможен истинный параллелизм). В Windows реализована система вытесняющего планирования на основе приоритетов, в которой всегда выполняется поток с наибольшим приоритетом, готовый к выполнению. Выбранный для выполнения поток работает в течение некоторого периода, называемого квантом. Квант определяет, сколько времени будет выполняться поток, пока операционная система не прервет его. По окончании кванта операционная система проверяет, готов ли к выполнению другой поток с таким же (или большим) уровнем приоритета. Если таких потоков не оказалось, текущему потоку выделяется еще один квант. Однако поток может не полностью использовать свой квант. Как только другой поток с более высоким приоритетом готов к выполнению, текущий поток вытесняется, даже если его квант еще не истек.
Квант не измеряется в каких бы то ни было единицах времени, а выражается целым числом. Для каждого потока хранится текущее значение его кванта. Когда потоку выделяется квант процессорного времени, это значит, что его квант устанавливается в начальное значение. Оно зависит от операционной системы. Например, для Win2000 Professional начальное значение кванта равно 6, а для Win2000 Server - 36. Это значение можно изменить, вызвав Control Panel - > System -> Advanced -> Performance options. Значение "Applications" - как для Win2000 Professional; "Background Services" - как для Win2000 Server.
Или напрямую в ключе реестра HKLM Win32PrioritySeparation.
Всякий раз, когда возникает прерывание от таймера, из кванта потока вычитается 3, и так до тех пор, пока он не достигнет нуля. Частота срабатывания таймера зависит от аппаратной платформы. Например, для большинства однопроцессорных x86 систем он составляет 10мс, а на большинстве многопроцессорных x86 систем - 15мс.
В любом случае операционная система должна определить, какой поток выполнять следующим. Выбрав новый поток, операционная система переключает контекст. Эта операция заключается в сохранении параметров выполняемого потока (регистры процессора, указатели на стек ядра и пользовательский стек, указатель на адресное пространство, в котором выполняется поток и др.), и загрузке аналогичных параметров для другого потока, после чего начинается выполнение нового потока.
Планирование в Windows осуществляется на уровне потоков, а не процессов. Это кажется понятным, так как сами процессы не выполняются, а лишь предоставляют ресурсы и контекст для выполнения потоков. Поэтому при планировании потоков, система не обращает внимания на то, какому процессу они принадлежат. Например, если процесс А имеет 10 готовых к выполнению потоков, а процесс Б - два, и все 12 потоков имеют одинаковый приоритет, каждый из потоков получит 1/12 процессорного времени.
Приоритеты
В Windows существует 32 уровня приоритета, от 0 до 31. Они группируются так: 31 - 16 уровни реального времени; 15 - 1 динамические уровни; 0 - системный уровень, зарезервированный для потока обнуления страниц (zero-page thread).
При создании процесса, ему назначается один из шести классов приоритетов:
Real time class (значение 24),
High class (значение 13),
Above normal class (значение 10),
Normal class (значение 8),
Below normal class (значение 6),
и Idle class (значение 4).
В Windows NT/2000/XP можно посмотреть приоритет процесса в Task Manager.
Приоритет каждого потока (базовый приоритет потока) складывается из приоритета его процесса и относительного приоритета самого потока. Есть семь относительных приоритетов потоков:
Normal: такой же как и у процесса;
Above normal: +1 к приоритету процесса;
Below normal: -1;
Highest: +2;
Lowest: -2;
Time critical: устанавливает базовый приоритет потока для Real time класса в 31, для остальных классов в 15.
Idle: устанавливает базовый приоритет потока для Real time класса в 16, для остальных классов в 1.
В следующей таблице показаны приоритеты процесса, относительный и базовый приоритеты потока.
Таблица 1.6.1 Приоритеты процесса
Приоритет потока |
Класс процесса |
Класс процесса | |||||
Idle class |
Below normal class |
Normal class |
Above normal class |
High class |
Real time class | ||
1 |
Idle |
Idle |
Idle |
Idle |
Idle | ||
2 |
Lowest | ||||||
3 |
Below . | ||||||
4 |
Idle class |
Normal |
Lowest | ||||
5 |
Above . |
Below . | |||||
6 |
Below normal class |
Highest |
Normal |
Lowest | |||
7 |
Above . |
Below . | |||||
8 |
Normal class |
Highest |
Normal |
Lowest | |||
9 |
Above . |
Below . | |||||
10 |
Above normal class |
Highest |
Normal | ||||
11 |
Above . |
Lowest | |||||
12 |
Highest |
Below . | |||||
13 |
High class |
Normal | |||||
14 |
Above . | ||||||
15 |
Highest | ||||||
15 |
Time critical |
Time critical |
Time critical |
Time critical |
Time critical | ||
16 |
Idle | ||||||
17 | |||||||
18 | |||||||
19 | |||||||
20 | |||||||
21 | |||||||
22 |
Lowest | ||||||
23 |
Below . | ||||||
24 |
Real time class |
Normal | |||||
25 |
Above . | ||||||
26 |
Highest | ||||||
27 | |||||||
28 | |||||||
29 | |||||||
30 | |||||||
31 |
Time critical |