Лекция №3. Система приоритетов. Как используются irql. Диспетчеризация и планирование [3.1] Система приоритетов
Windows NT имеет двухуровневую модель приоритетов.
Приоритеты высшего уровня (уровни запросов прерываний - Interrupt ReQuest Level - IRQL) управляются аппаратными и программными прерываниями
приоритеты низшего уровня (приоритеты планирования) управляются планировщиком.
[3.1.1] Уровни запросов прерываний (irql)
В любое время исполняющийся код будет иметь определенный уровень IRQL. Этот уровень определяет, что позволено делать коду, применяется ли к коду механизм квантования времени планировщика и каковы его взаимосвязи с другими потоками исполнения.
Наивысшие из уровней IRQL – уровни запросов прерываний устройств (Device Interrupt Request Levels - DIRQLs). Это уровни IRQL, соответствующие аппаратным прерываниям. Другие уровни IRQL реализованы программно.
Уровень IRQL прерывания контролирует то, когда прерывание может быть обработано. Прерывание никогда не будет обработано, пока процессор занят обработкой прерывания более высокого уровня. Уровни IRQL располагаются в порядке убывания от HIGH_LEVEL до PASSIVE_LEVEL.. Уровни в подмножестве от HIGH_LEVEL до APC_LEVEL называют повышенными (elevated IRQLs). DISPATCH_LEVEL и APC_LEVEL реализованы программно.
Модель приоритетов низшего уровня управляет исполнением потоков, выполняющихся на уровне IRQL PASSIVE_LEVEL. Этот уровень контролируется планировщиком (scheduler) (его также называют диспетчером - dispatcher), который планирует исполнение потоков (но не процессов). Планировщик планирует исполнение прикладных и системных потоков, используя для наблюдения и контроля исполнения потоков системные часы.
[3.1.2] Приоритеты планирования
Каждому потоку назначается приоритет планирования. Имеется 32 уровня приоритетов планирования со значениями 0-31. Низший приоритет планирования со значением 0 зарезервирован для потока обнуления страниц (Zero Page Thread), который выполняется в случае, когда больше нечего исполнять. Этот поток является компонентом диспетчера памяти и его работа состоит в обнулении страниц из списка свободных страниц. Когда диспетчер памяти получает запрос на выдачу обнуленной страницы памяти, диспетчер памяти вначале попробует выделить страницу, обнуленную потоком обнуления страниц, и только если таких страниц нет, он потратит время на обнуление.
Рисунок 1
[3.1.2.1] Классы приоритетов планирования
Ядро NT предоставляет функции для назначения потоку любого из 31 уровня приоритетов (кроме зарезервированного нулевого уровня). Программно назначенное потоку значение приоритета называют базовым приоритетом.
Подсистема Win32 не позволяет непосредственно назначать потоку базовое значение приоритета. Вместо этого используется комбинация двух значений:
Класс приоритета процесса, назначаемый процессу при его создании (дальше мы будем ссылаться на этот термин как на класс приоритета)
Относительное значение приоритета потока внутри класса приоритета процесса (относительный приоритет)
[3.1.2.2] Динамические приоритеты и приоритеты реального времени
Приоритеты планирования делятся на две главных группы:
динамические приоритеты(dynamic priorities),
приоритеты реального времени(real-time priorities).
Динамические приоритеты имеют значения в диапазоне 1-15. Они названы динамическими, потому что ОС может динамически изменять приоритет потока в этом диапазоне.
Приоритеты реального времени имеют значения в диапазоне 16-31. ОС не может изменять значение приоритета потока, находящееся в этом диапазоне.
Имеется два важных отличия между динамическими приоритетами и приоритетами реального времени.
Поток с приоритетом реального времени может сохранять контроль над процессором до тех пор, пока не появится поток с большим или равным значением приоритета. Таким образом, пока выполняется поток реального времени, потоки с меньшим значением приоритета никогда не получат шанса исполниться (механизм вытесняющей многозадачности не задействован). Такой поток должен сам освободить процессор.
Однако в любом случае при появлении потока с большим или равным значением приоритета задействуется механизм вытесняющей многозадачности.
В случае потоков с динамическими приоритетами, потоки с меньшими приоритетами также не могут получить шанса на исполнение, пока готовы к исполнению потоки с большими приоритетами.
Однако, в ряде случаев планировщик повышает приоритет потоков в диапазоне динамических приоритетов. Это дает возможность рано или поздно выполниться любому потоку с приоритетом в этом диапазоне.
К механизму повышения приоритетов применимы следующие утверждения:
система никогда не меняет приоритет потоков из диапазона приоритетов реального времени
повышение приоритета не может вызвать его переход в диапазон приоритетов реального времени, т.е. превысить значение 15
повышение приоритета операционной системой является временным. Каждый раз, когда поток исчерпывает отведенный ему квант времени, значение его приоритета уменьшается на единицу. Так происходит до достижения значения базового приоритета
операционная система не может снизить приоритет ниже уровня базового приоритета
повышение приоритета может происходить несколько раз подряд