Планування ниток

Самостійне перемикання ниток

Нитка може самостійно звільнити процесор, перейшовши в стан очікування на якому-небудь об'єкті (наприклад, події, м'ютексі, семафорі, процесі, потоці, віконному повідомленні тощо) шляхом виклику однієї із функцій очікування (наприклад, WaitForSingieObject або WaitForMultipleObjects).

При цьому нитка входить у стан очікування, а Windows вибирає нову нитку для виконання[2]. Активна нитка (верхній кружок на рисунку) самостійно звільняє процесор, у результаті чого до процесора під'єднується інша нитка із черги (відзначена зірочкою у стовпчику Running). При цьому пріоритет нитки, що звільняє процесор, не знижується — він просто переводиться в чергу очікування обраних ним об'єктів. Коли нитка входить у стан очікування, залишкова доля кванта не втрачається. Після успішного завершення очікування квант нитки зменшується на одну одиницю, що еквівалентно третині інтервалу таймера (виняток становлять нитки із пріоритетом від 14 і вище, у яких після очікування квант скидається).

Планування ниток з витісненням

У цьому сценарії нитка з нижчим пріоритетом витісняється готовою до виконання ниткою з вищим пріоритетом[2]. Така ситуація може бути наслідком двох обставин:

• завершилося очікування нитки з вищим пріоритетом (тобто відбулася подія, якої вона чекала);
• пріоритет нитки збільшився або зменшився.

У кожному із цих випадків Windows вирішує, продовжити виконання поточної нитки або витіснити її ниткою з вищим пріоритетом.

Нитки користувацького режиму можуть витісняти нитки режиму ядра. Тобто режим виконання нитки значення не має — визначальним фактором є її пріоритет.

Коли нитка витісняється, вона розміщується в початок черги готових ниток відповідного рівня пріоритету. На рисунку нитка із пріоритетом 18 виходить зі стану очікування й знову захоплює процесор, витісняючи активну у цей момент нитку (із пріоритетом 16) у чергу готових ниток. При цьому витиснена нитка розміщується не в кінець, а в початок черги. Після завершення нової нитки витиснена зможе відробити залишок свого кванта.

Планування ниток у момент завершення кванта поточної нитки

Коли нитка витратить свій квант процесорного часу, Windows повинна вирішити, чи знижувати її пріоритет і під’єднати до процесора іншу нитку[2]. Знизивши пріоритет нитки, Windows шукає доречну для виконання нитку (такою є будь-яка нитка із черги готових, пріоритет якої вищий нового пріоритету поточної нитки). Якщо Windows не змінює пріоритет нитки і в черзі готових ниток є інші з тим же пріоритетом, вона вибирає із черги наступну нитку з таким же пріоритетом, а нитку, що виконувалася до цього, переміщає у хвіст черги (задаючи їй нову величину кванта й переводячи її зі стану Running у стан Ready). Якщо жодна нитка з тим же пріоритетом не готова до виконання, активній нитці виділяється ще один квант процесорного часу.

Завершуючись (після повернення з основної процедури й виклику ExitThread або через знищення викликом TerminateThread), нитка переходить у стан Terminated. Якщо в цей момент жоден дескриптор його об'єкта "нитка" не відкритий, нитка знищується зі списку ниток процесу, і відповідні структури даних вивільняються.

Контекст нитки й процедура його перемикання залежать від архітектури процесора. У типовому випадку перемикання контексту вимагає збереження й відновлення наступних даних:

• вказівника команд;
• вказівників на стек ядра і стек користувача;
• вказівника на адресний простір, у якому виконується нитка (каталог таблиць сторінок пам’яті процесу).

Ядро зберігає цю інформацію, розміщуючи її в поточному стеку ядра. Далі вказівник стеку ядра встановлюється на стек ядра нової нитки й завантажується контекст цієї нитки. Якщо нова нитка належить іншому процесу, у спеціальний регістр процесора завантажується адреса його каталогу таблиць сторінок пам’яті, у результаті чого стає доступним адресний простір цього процесу. Потім керування передається завантаженому для нової нитки вказівнику команд, і виконання нитки відновлюється.