Планирование процессов и нитей

Семейство операционных систем Windows

В семейство Windows 2000 входят четыре версии ОС:

ü Windows 2000 Professional

ü Windows 2000 Server

ü Windows 2000 Advanced Server

ü Windows 2000 Datacenter Server

Система Windows 2000 Professional это операционная система для настольных и портативных компьютеров в организации любого масштаба

Windows 2000 Server – многофункциональная операционная система, обеспечивающая функции сервера файлов и печати, сервера приложений, веб-сервера и коммуникационного сервера. В Windows 2000 Server имеется большой набор распределенніх служб, построенных на базе Active Directory – многоцелевого, маштабируемого каталога, созданного с использованием Интернет-технологий и полностью интегрированного с системой. Многочисленные Интернет-службы, входящие в состав Windows 2000 Server, позволяют организациям широко использовать Интернет-технологии.

Windows 2000 Advanced Server, более мощная по сравнению с Windows 2000 Server серверная операционная система, обеспечивающая возможность создания высоконадежных, масштабируемых кластерных систем. Эта система является эффективным решением для построения БД с высокой интенсивностью запросов.

Windows 2000 Datacenter Server – наиболее мощная и многофункциональная серверная ОС. Оптимизирована для обработки больших объемов данных, экономического анализа, научного и инженерного моделирования.

В отличие от Windows, в которой реализована многозадачность без вытеснения (non-preemptive multitasking), в Windows NT используется механизм многозадачности с вытеснением (preemptive multitasking).

Windows NT поддерживает симметричную мультипроцессорную организацию вычислительного процесса, в соответствии с которой ОС может выполняться на любом свободном процессоре или на всех процессорах одновременно, разделяя память между ними. Так как многозадачность реализуется на уровне нитей, разные части одного и того же процесса могут действительно выполняться параллельно. Следовательно, многонитевые серверы могут одновременно обслуживать более одного клиента.

Для того, чтобы прикладная программа могла использовать несколько нитей, не нужно предусматривать этого в ее алгоритме. Отдельная нить создается для каждой операции. Например, в одной нити программа может воспроизводить сложную графическую форму, а в другой - использоваться для редактирования объемного чертежа. Каждая из этих нитей (или, с точки зрения пользователя, операций) работает на отдельном процессоре, не требуя никаких управляющих вмешательств со стороны приложения. Нити внутри процесса используют общую область памяти и, следовательно, могут очень просто обмениваться данными.

Для управления нитями Windows NT использует механизм приоритетов. В определенные моменты производятся оценка приоритетов и перераспределение нитей по процессорам, в результате чего последовательные стадии одной нити программы могут выполняться разными процессорами или откладываться до высвобождения очередного процессора.

Каждой нити присваивается число - приоритет, и нити с более высоким приоритетом выполняются раньше нитей с меньшим приоритетом. В самом начале нить получает приоритет от процесса, который создает ее. В свою очередь и процесс получает приоритет в тот момент, когда его создает подсистема среды. Значение базового приоритета процесса присваивается ему системой по умолчанию или системным администратором. Нить наследует этот базовый приоритет и может изменить его, немного увеличив или уменьшив. На основании получившегося в результате приоритета, называемого приоритетом планирования, начинается выполнение нити. В ходе выполнения приоритет планирования может меняться.

Windows NT поддерживает 32 уровня приоритетов, разделенных на два класса - класс реального времени и класс переменных приоритетов (рисунок 1.3). Нити реального времени, приоритеты которых находятся в диапазоне от 16 до 31, являются более приоритетными процессами и используются для выполнения задач, критичных ко времени.

В Windows NT определено 4 класса приоритетов процессов:

· IDLE_PRIORITY_CLASS - уровень 4

· NORMAL_PRIORITY_CLASS - уровень 9 при интерактивной работе процесса (forground) и уровень 7 при работе в фоновом режиме (background)

· HIGH_PRIORITY_CLASS - уровень 13

· REALTIME_PRIORITY_CLASS - уровень 24

На выполнение всегда выбирается нить с самым высоким приоритетом. Каждый раз, когда необходимо выбрать нить для выполнения, диспетчер прежде всего просматривает очередь готовых нитей реального времени и обращается к другим нитям, только когда очередь нитей реального времени пуста. Обычно большинство нитей в системе попадают в класс нитей с переменными приоритетами, диапазон приоритетов которых от 0 до 15. Этот класс имеет на-звание "переменные приоритеты" потому, что диспетчер настраивает систему, выбирая (понижая или повышая) приоритеты нитей этого класса.

Для выполнения нити отводится квант времени, по истечении которого она должна освободить процессор. Если нить полностью использовала выделенный ей квант, то она переводится в очередь готовых нитей, а ее приоритет понижается. Если же ее выполнение было прервано появлением в очереди готовых нитей с более высоким приоритетом, то она также возвращается в очередь готовых нитей, а ее приоритет остается неизменным. В случае же перехода нити по собственной инициативе в состояние ожидания некоторого события, ее приоритет повышается на некоторую величину, компенсируя этой нити недоиспользованную ею часть кванта.

Итак, нить освобождает процессор, если:

· нить блокируется, уходя в ожидание,

· нить завершается,

· нить исчерпала квант,

· нить вытеснена более приоритетной нитью.

При планировании нитей в Windows NT используются концепции квантования, абсолютных приоритетов и динамических приоритетов.

· Квантование - нитям отводится квант времени, по истечении которого выполнение нити прекращается.

· Абсолютные приоритеты - при появлении в очереди нити с более высоким приоритетом, чем у активной в данный момент, выполнение последней немедленно прерывается.

· Динамические приоритеты - приоритеты нитей могут изменяться системой: понижаются у нитей, исчерпавших квант, повышаются у нитей, недоиспользовавших квант из-за перехода в состояние ожидания.

Windows NT поддерживает симметричную мультипроцессорную обработку. Однако реализация симметричной мультипроцессорности в Windows NT нацелена на оптимизацию производительности и не обеспечивает резервирования в целях повышения отказоустойчивости. В случае выхода из строя одного из процессоров система останавливается. В Windows NT Server в полной мере реализован потенциал масштабируемости симметричной мультипроцессорной архитектуры. Однопроцессорную систему можно легко развивать, наращивая число процессоров, без замены версии ОС или приложений.