三、處理機管理（四）--windows / linux 的程序及其排程
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windows的程序和執行緒
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程序具有以下兩個基本特徵：（1）程序是系統進行資源分配的基本單位；（2）程序是系統進行處理機排程分派的單位。
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Windows Server 2008把這兩個特徵分開處理：程序擁有“資源擁有者”的特徵；執行緒擁有“排程和執行”的特徵。
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執行緒是程序的一個實體，是程序中實施排程和處理機分派的基本單位。
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Windows Server 2008程序控制塊（EPROCESS）的基本內容：程序的ID、安全描述符、基本優先順序、記憶體管理資訊、執行時間、程序環境塊（PEB）、連結指標。
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Windows Server 2008執行緒控制塊的基本內容：執行緒的ID、動態優先順序、執行緒環境塊（TEB）、指向執行緒所屬程序的EPROCESS的指標、執行緒類別、執行時間、I/O資訊。
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在Windows Server 2008中，程序有 就緒、執行、等待（阻塞）三種基本狀態； 執行緒有 就緒(Ready)、備用(Standby)、執行(Running)、等待(Waiting)、轉換(Transition)和終止(Terminated)六種可能的狀態。
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使用系統呼叫 Create_Thread() 建立一個執行緒時，該執行緒處於“初始化”階段。
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程序和執行緒的區別：（1）地址空間。不同程序的地址空間是相互獨立的，同一程序的各個執行緒共享同一個地址空間。因此，程序中的執行緒不可能被另一個程序所看見。（2）通訊關係。不同程序間的通訊，必須使用作業系統提供的程序通訊機制。同一程序的各個執行緒間的通訊，可以直接通過訪問共享的程序地址空間來實現。（3）排程切換。不同程序間的排程切換，系統要花費很大的開銷。同一程序的執行緒間的切換，無須轉換地址空間，顯然會減少很多的系統開銷。
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在系統執行的過程中，以下四種情況會引起對執行緒的排程：（1）一個執行緒進入就緒狀態；（2）一個執行緒執行的時間片用完；（3）一個執行緒的優先順序被改變；（4）一個執行執行緒改變他對親和處理機的要求。
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在Windows Server 2008裡，程序有四種優先順序：實時（Real-Time 預設取值24）、高（High 13）、普通（Normal 7或9）、空閒（Idle 4）。
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在Windows Server 2008裡，一旦執行緒被建立，就取所屬程序的優先順序。執行緒的優先順序可以取0~31的值。（1）16個實時執行緒優先順序（16~31）；（2）15個可變執行緒優先順序（1~15）；（3）1個系統執行緒優先順序（0，零頁執行緒）
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執行緒時間的配額，就是所謂的時間片，它不是一個時間的長度值，而是一個配額單位的整數。 執行緒執行時的時間配額，是由使用者在註冊時指定的。每個註冊項為6個二進位制位，分成3個欄位：（1）“時間配額長度”。取值為1 = 長時間配額；2 = 短時間配額；0或3 = 預設設定 （2）“前後臺變化”。1 = 要改變前臺執行緒的時間配額； 2 = 前後臺執行緒的時間配額相同； 0或3 = 預設設定（3）“前臺執行緒時間配額的提升”。 該欄位只能取值0/1/2。
- 執行緒排程的管理：（1）執行緒排程器就緒對列表。執行緒排在哪個就緒佇列裡，與它屬於哪個程序沒有關係。（2）就緒點陣圖；（3）空閒點陣圖。
- Windows Server 2008在下面5種情況下，會提升一個執行緒的當前優先順序。（1）某I/O操作完成之後；（2）所等待的事件或訊號量到來後；（3）前臺執行緒在等待結束後；（4）圖形使用者介面執行緒被喚醒後；（5）提高處理機飢餓執行緒的優先順序。
- 執行緒優先順序的提升，是以其基本優先順序為基點的。
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Linux的程序及其排程
- 在linux裡，程序執行使用者程式時，其處於“使用者模式”；程序執行時出現系統呼叫或中斷事件，轉而去執行作業系統核心的程式時，處於“核心模式”。
- CPU執行使用者的程式，linux裡處理機處於“使用者態”；CPU執行作業系統的程式，處理機處於：核心態。
- 程序，通過系統呼叫 fork 命令建立， 通過系統呼叫 exec 命令執行一個新的程式， 通過系統呼叫 exit 命令終止執行。
- linux程序實體的組成：（1）程序控制塊（程序描述符）：程序標識，程序狀態，程序排程資訊，接收的訊號，程序家族關係，程序佇列指標，CPU的現場保護區，與檔案系統有關的資訊；（2）程序專用的系統堆疊空間、（3）供程序執行的程式段（正文段）、（4）程序專用的資料段和使用者堆疊空間。
- linux的程序狀態：可執行狀態（TASK_RUNNING）、可中斷狀態(TASK_INTERRUPTIBLE)、不可中斷狀態(TASK_UNINTERRUPTIBLE)、暫停狀態(TASK_STOPPED)、僵死狀態(TASK_ZOMBIE)
- 在linux中，除了初始化程序外，其他程序都是用系統呼叫 fork() 和clone() 建立的。區別： fork() 建立的子程序把父程序的所有資源都繼承下來。 clone() 子程序只是有選擇的繼承父程序的資源。
- 建立的子程序要執行自己的程式時，通過系統呼叫 exec() 來完成。
- linux的程序排程。實時程序排程和非實時程序排程。
- linux程序描述符中與排程有關的欄位：（1）policy。程序排程欄位。可以取三個值：SCHED_FIFO實時程序的先進先出排程策略，搶佔式；SCHED_RR實時程序的輪轉排程，搶佔式；SCHED_OTHER非實時程序的輪轉排程； （2）priority程序的優先順序 （3）rt_priority 實時程序的優先順序 （4）counter 時間片計數器
- linux的等待佇列，要弄到 wait_queue 結構。（1）next，指向下一個 wait_queue 節點。因此，linux裡面的每一個等待佇列都是由next連結而成的單鏈表；（2）task，指向程序 task_struct 結構的指標。
參考自《作業系統實用教程》