Книга: 2.Внутреннее устройство Windows (гл. 5-7)
База данных диспетчера ядра в многопроцессорной системе
База данных диспетчера ядра в многопроцессорной системе
Как уже говорилось в разделе «База данных диспетчера ядра» ранее в этой главе, в такой базе данных хранится информация, поддерживаемая ядром и необходимая для планирования потоков. B многопроцессорных системах Windows 2000 и Windows XP (рис. 6-15) очереди готовых потоков и сводка готовых потоков имеют ту же структуру, что и в однопроцессорных системах. Кроме того, Windows поддерживает две битовые маски для отслеживания состояния процессоров в системе. (Как используются эти маски, см. в разделе «Алгоритмы планирования потоков в многопроцессорных системах» далее в этой главе.) Вот что представляют собой эти маски.
• Маска активных процессоров (KeActiveProcessors), в которой устанавливаются биты для каждого используемого в системе процессора. (Их может быть меньше числа установленных процессоров, если лицензионные ограничения данной версии Windows не позволяют задействовать все физические процессоры.)
• Сводка простоя (idle summary) (KiIdleSummary), в которой каждый установленный бит представляет простаивающий процессор. Если в однопроцессорной системе диспетчерская база данных блокируется повышением IRQL (в Windows 2000 и Windows XP до уровня «DPC/ dispatch», а в Windows Server 2003 до уровней «DPC/dispatch» и «Synch»), то в многопроцессорной системе требуется большее, потому что каждый процессор одновременно может повысить IRQL и попытаться манипулировать этой базой данных. (Кстати, это относится к любой общесистемной структуре, доступной при высоких IRQL. Общее описание синхронизации режима ядра и спин-блокировок см. в главе 3.) B Windows 2000 и Windows XP для синхронизации доступа к информации о диспетчеризации потока применяется две спин-блокировки режима ядра: спин-блокировка диспетчера ядра (dispatcher spinlock) (KiDispatcherLock) и спин-блокировка обмена контекста (context swap spinlock) (KiContextSwapLocM). Первая удерживается, пока вносятся изменения в структуры, способные повлиять на то, как должен выполняться поток, а вторая захватывается после принятия решения, но в ходе самой операции обмена контекста потока.
Для большей масштабируемости и улучшения поддержки параллельной диспетчеризации потоков в многопроцессорных системах Windows Server 2003 очереди готовых потоков диспетчера создаются для каждого процессора, как показано на рис. 6-23. Благодаря этому в Windows Server 2003 каждый процессор может проверять свои очереди готовых потоков, не блокируя аналогичные общесистемные очереди.
Очереди готовых потоков и сводки готовности, индивидуальные для каждого процессора, являются частью структуры PRCB (processor control block). (Чтобы увидеть поля этой структуры, введите dt nt!_prcb в отладчике ядра.) Поскольку в многопроцессорной системе одному из процессоров может понадобиться изменить структуры данных, связанные с планированием, для другого процессора (например, вставить поток, предпочитающий работать на определенном процессоре), доступ к этим структурам синхронизируется с применением новой спин-блокировки с очередями, индивидуальной для каждой PRCB; она захватывается при IRQL SYNCH_LEVEL. (Возможные значения SYNCH_LEVEL см. в таблице 6-18.) Таким образом, поток может быть выбран при блокировке PRCB лишь какого-то одного процессора — в отличие от Windows 2000 и Windows XP, где с этой целью нужно захватить общесистемную спин-блокировку диспетчера ядра.
Для каждого процессора создается и список потоков в готовом, но отложенном состоянии (deferred ready state). Это потоки, готовые к выполнению, но операция, уведомляющая в результате об их готовности, отложена до более подходящего времени. Поскольку каждый процессор манипулирует только своим списком отложенных готовых потоков, доступ к этому списку не синхронизируется по спин-блокировке PRCB. Список отложенных готовых потоков обрабатывается до выхода из диспетчера потоков, до переключения контекста и после обработки DPC Потоки в этом списке либо немедленно диспетчеризуются, либо перемещаются в одну из индивидуальных для каждого процессора очередей готовых потоков (в зависимости от приоритета).
Заметьте, что общесистемная спин-блокировка диспетчера ядра по-прежнему существует и используется в Windows Server 2003, но она захватывается лишь на период, необходимый для модификации общесистемного состояния, которое может повлиять на то, какой поток будет выполняться следующим. Например, изменения в синхронизирующих объектах (мьютексах, событиях и семафорах) и их очередях ожидания требуют захвата блокировки диспетчера ядра, чтобы предотвратить попытки модификации таких объектов (и последующей операции перевода потоков в состояние готовности к выполнению) более чем одним процессором. Другие примеры — изменение приоритета потока, срабатывание таймера и обмен содержимого стеков ядра для потоков.
Наконец, в Windows Server 2003 улучшена сихронизация переключения контекста потоков, так как теперь оно синхронизируется с применением спин-блокировки, индивидуальной для каждого потока, а в Windows 2000 и Windows XP переключение контекста синхронизировалось захватом общесистемной спин-блокировки обмена контекста.
- Внутреннее устройство процессов
- Структуры данных
- Переменные ядра
- Счетчики производительности
- Сопутствующие функции
- Что делает функция CreateProcess
- Этап 1: открытие образа, подлежащего выполнению
- Этап 2: создание объекта «процесс»
- Этап 2A: формирование блока EPROCESS
- Этап 2B: создание начального адресного пространства процесса
- Этап 2C: создание блока процесса ядра
- Этап 2D: инициализация адресного пространства процесса
- Этап 2E: формирование блока PEB
- Этап 2F: завершение инициализации объекта «процесс» исполнительной системы
- Этап 3: создание первичного потока, его стека и контекста
- Этап 4: уведомление подсистемы Windows о новом процессе
- Этап 5: запуск первичного потока
- Этап 6: инициализация в контексте нового процесса
- Сборки, существующие в нескольких версиях
- Внутреннее устройство потоков
- Структуры данных
- Адрес Идентификатор ETHREAD потока Адрес TEB
- Переменные ядра
- Счетчики производительности
- Сопутствующие функции
- Рождение потока
- Наблюдение за активностью потоков
- Планирование потоков
- Обзор планирования в Windows
- Уровни приоритета
- Функции Windows API, связанные с планированием
- Сопутствующие утилиты
- Диспетчер системных ресурсов Windows
- Приоритеты реального времени
- Уровни прерываний и уровни приоритета
- Состояния потоков
- База данных диспетчера ядра
- Квант
- Учет квантов времени
- Управление величиной кванта
- Динамическое увеличение кванта
- Параметр реестра для настройки кванта
- Сценарии планирования
- Самостоятельное переключение
- Вытеснение
- Завершение кванта
- Завершение потока
- Переключение контекста
- Поток простоя
- Динамическое повышение приоритета
- Динамическое повышение приоритета после завершения ввода-вывода
- Динамическое повышение приоритета по окончании ожидания событий и семафоров
- Динамическое повышение приоритета потоков активного процесса после выхода из состояния ожидания
- Динамическое повышение приоритета после пробуждения GUI-потоков
- Динамическое повышение приоритета при нехватке процессорного времени
- Многопроцессорные системы
- База данных диспетчера ядра в многопроцессорной системе
- Системы с поддержкой Hyperthreading
- Системы NUMA
- Привязка к процессорам
- Идеальный и последний процессоры
- Алгоритмы планирования потоков в многопроцессорных системах
- Выбор процессора для потока при наличии простаивающих процессоров
- Выбор процессора для потока в отсутствие простаивающих процессоров
- Выбор потока для выполнения на конкретном процессоре (Windows 2000 и Windows XP)
- Выбор потока для выполнения на конкретном процессоре (Windows Server 2003)
- Объекты-задания
- Резюме
- Резервное копирование базы данных InterBase
- Firebird РУКОВОДСТВО РАЗРАБОТЧИКА БАЗ ДАННЫХ
- Резервное копирование многофайловых баз данных
- Восстановление из резервных копий многофайловых баз данных
- Владелец базы данных
- ЧАСТЬ IV. База данных и ее объекты.
- Восстановление из резервной копии на системе-приемнике
- Перевод базы данных InterBase 6.x на 3-й диалект
- Типы данных для работы с датой и временем
- Практическая работа 53. Запуск Access. Работа с объектами базы данных
- Обзор основных причин повреждения базы данных
- Ошибки проектирования базы данных