1 排程

         Windows不是實時作業系統，它是搶佔式多執行緒作業系統。在假設所有優先順序相同的情況下，CPU對執行緒的排程原則是每隔20m就會切換到下一個執行緒，根據Context中的IP和SP來接著執行上次的東西。Windows永遠不會讓1個執行緒去獨佔一段時間。

2 可排程性

         系統只調用可以排程的執行緒，其實系統的大部分執行緒都是處於不可排程的狀態，要麼處於暫停的狀態，要麼處於休眠的狀態。

3 執行緒的暫停和恢復

<1>在CreateThread的時候通過制定CREATE_SUSPENDED來讓執行緒暫停執行

<2>在DWORD SuspendThread(HANDLE hThread)函式來暫停一個執行緒，最多次數為MAXIMUM_SUSPEND_COUNT（127）

<3>通過函式DWORD ResumeThread(HANDLE hThread)來喚醒執行緒

4 程序的暫停

         Windows中從來不存在程序的暫停和恢復，因為程序是不會被排程的。但是在特殊情況下Windows會凍結程序中所有的執行緒：除錯程式中處理函式WaitForDebugEvent返回的debug事件；直到呼叫ContinueDebugEvent.函式才會恢復程序中的所有執行緒。

         但是我們可以通過遍歷系統中所有的執行緒，通過檢查執行緒所屬的程序ID是否滿足指定值，就可以做到暫停所有的執行緒。

         弊端：

<1>遍歷執行緒ＩＤ時候，如果有新執行緒在建立，那麼新執行緒將不會被暫停

<2>當重新恢復執行緒的時候，可能會對新建立的沒有被暫停的執行緒去恢復

<3>遍歷執行緒ID的時候，撤銷的執行緒跟新建的執行緒可能具有具有相同的ID，這就可能導致暫停多個具有相同ID的執行緒。

         程序中所有執行緒暫停函式如下所示：

VOID SuspendProcess(DWORD dwProcessID, BOOL fSuspend) {
// Get the list of threads in the system.
HANDLE hSnapshot = CreateToolhelp32Snapshot(
TH32CS_SNAPTHREAD, dwProcessID);
if (hSnapshot != INVALID_HANDLE_VALUE) {
// Walk the list of threads.
THREADENTRY32 te = { sizeof(te) };
BOOL fOk = Thread32First(hSnapshot, &te);
for (; fOk; fOk = Thread32Next(hSnapshot, &te)) {
// Is this thread in the desired process?
if (te.th32OwnerProcessID == dwProcessID) {
// Attempt to convert the thread ID into a handle.
HANDLE hThread = OpenThread(THREAD_SUSPEND_RESUME,
FALSE, te.th32ThreadID);
if (hThread != NULL) {
// Suspend or resume the thread.
if (fSuspend)
SuspendThread(hThread);
else
ResumeThread(hThread);
}
CloseHandle(hThread);
}
}
CloseHandle(hSnapshot);
}
}
 

5 程序的休眠

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds)

<1>執行緒的休眠導致執行緒在一定時間段內放棄被排程的機會

<2>執行緒休眠的時間大約是指定的時間，但是可能遠大於這個時間，這取決於作業系統

<3>引數值為INFINITE，表示系統永遠不去排程執行緒，但是這個方法不好

<4>引數為0，表示放棄此次的時間片，切換到下一個執行緒，但是執行緒可能切換到自身如果沒有同等優先順序或者更高的優先順序的存在。

6 執行緒的切換

BOOL SwitchToThread();

         當呼叫這個函式的時候，系統檢測是否有一個執行緒迫切需求CPU時間，如果沒函式就立即返回，如果有就切換到這個執行緒，即便執行緒的優先順序可能低於當前的執行緒優先順序。

         函式的功能和Sleep函式在引數值為0的時候很相似，但是不同點是SwitchToThread函式允許優先順序低的執行緒被呼叫，Sleep函式卻不行。

7 執行緒的執行時間

<1>通常的程式執行時間計算方法：

ULONGLONG qwStartTime = GetTickCount64();

// Perform complex algorithm here.

ULONGLONG qwElapsedTime = GetTickCount64()- qwStartTime;

但是這樣其實是錯誤的，因為它假設執行緒執行不被為中斷。

<2>Windows提供了一個獲取執行緒和程序時間資訊的函式GetThreadTime, GetProcessTime

BOOL GetThreadTimes(
HANDLE hThread,
PFILETIME pftCreationTim
PFILETIME pftExitTime,
PFILETIME pftKernelTime,
PFILETIME pftUserTime);

BOOL GetProcessTimes(
HANDLE hProcess,
PFILETIME pftCreationTime,
PFILETIME pftExitTime,
PFILETIME pftKernelTime,
PFILETIME pftUserTime);

<3>TSC 計時方法

         目前執行緒的計時時間方式發生了變換，和之前精度為10-15ms的內部時鐘計時器不同，系統現在採用一種Time Stamp Counter (TSC)計算時間，它表示的是自從計算機開機後執行的CPU週期個數。

         通過QueryThreadCycleTime和QueryProcessCycleTime來獲取執行緒和程序執行的週期個數。

BOOL WINAPI QueryThreadCycleTime(
 _In_   HANDLE ThreadHandle,
 _Out_  PULONG64 CycleTime      //包含使用者時間和核心時間總和的週期計數值
);
BOOL WINAPI QueryProcessCycleTime(
  _In_   HANDLE ProcessHandle,
  _Out_  PULONG64 CycleTime      //包含使用者時間和核心時間總和的週期計數值
);

<4>高精度計時方法

BOOLQueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER* pliFrequency);
BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER*pliCount);

8      Context的使用

         我們說Context中存放著執行緒的狀態資訊，允許執行緒在呼叫時候繼續上次的執行。CONTEXT結構體是唯一的依賴於CPU的結構體。例如在X86體系結構中，它包含下面暫存器。

CONTEXT_CONTROL，CONTEXT_DEBUG_REGISTERS，CONTEXT_FLOATING_POINT，CONTEXT_SEGMENTS，CONTEXT_INTEGER，CONTEXT_EXTENDED_REGISTERS

例如在x86中，它如下所示：

typedef struct _CONTEXT {
//
// The flag values within this flag control the contents of
// a CONTEXT record.
//
// If the context record is used as an input parameter, then
// for each portion of the context record controlled by a flag
// whose value is set, it is assumed that that portion of the
// context record contains valid context. If the context record
// is being used to modify a thread's context, only that
// portion of the thread's context will be modified.
//
// If the context record is used as an IN OUT parameter to capture
// the context of a thread, only those portions of the thread's
// context corresponding to set flags will be returned.
//
// The context record is never used as an OUT only parameter.
//
DWORD ContextFlags;
//
// This section is specified/returned if CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is
// set in ContextFlags. Note that CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is NOT
// included in CONTEXT_FULL.
//
DWORD    Dr0;
DWORD    Dr1;
DWORD    Dr2;
DWORD    Dr3;
DWORD    Dr6;
DWORD    Dr7;
// This section is specified/returned if theContextFlags word contains the flag //CONTEXT_FLOATING_POINT.
FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contains the flag CONTEXT_SEGMENTS.
//
DWORD   SegGs;
DWORD    SegFs;
DWORD    SegEs;
DWORD    SegDs;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contains the flag CONTEXT_INTEGER.
//
DWORD    Edi;
DWORD    Esi;
DWORD    Ebx;
DWORD    Edx;
DWORD    Ecx;
DWORD    Eax;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contains the flag CONTEXT_CONTROL.
//
DWORD    Ebp;
DWORD    Eip;
DWORD    SegCs;               // MUST BE SANITIZED
DWORD    EFlags;              // MUST BE SANITIZED
DWORD    Esp;
DWORD    SegSs;
//
// This section is specified/returned if the ContextFlags word
// contains the flag CONTEXT_EXTENDED_REGISTERS.
// The format and contexts are processor specific
//
BYTE     ExtendedRegisters[MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION];
} CONTEXT;

我們可以對CONTEXT中暫存器的內容進行讀取和改寫，這是相當酷比的行為。

<1> 獲取CONTEXT內容

BOOL GetThreadContext(

HANDLE hThread,

PCONTEXT pContext);

示例：

CONTEXT Context;
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;
GetThreadContext(hThread, &Context);

<2>設定CONTEXT內容

BOOL SetThreadContext(

HANDLE hThread,

CONST CONTEXT *pContext);

示例：

CONTEXT Context;
SuspendThread(hThread);
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;
GetThreadContext(hThread, &Context);
Context.Eip = 0x00010000;
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;
SetThreadContext(hThread, &Context);
ResumeThread(hThread);

9 執行緒的優先順序

<1>每個執行緒都會被賦予編號為0-31的一個優先級別，31表示最高，0表示最低

<2>只要有優先順序為31的可呼叫，就絕不會呼叫0-30的

<3>即便低優先順序正在執行，只要系統發現一個高的優先順序要執行，低的會被暫停。

<4>當系統引導時會建立一個特殊執行緒叫做0頁執行緒，是系統中唯一優先順序為0的執行緒，當系統沒有別的執行緒執行時候，0頁執行緒會負責將系統所有空閒RAM頁面置0.

10 優先順序的抽象說明

         應用程式的作用是不斷變化的，需求也是不斷變化的，今天設定的優先順序可能在在明天已經不合時宜，為了能使今天寫的程式能在以後的系統上正常的執行，所以排程演算法不能一成不變，因此為微軟給應用程式設定了一個抽象的優先級別，Windows支援6種優先級別

通過這種方式，可以簡單改變程式的優先級別就達到改變程式中所有執行緒優先級別的作用。在應用程式的基礎上再根據執行緒的優先級別，給執行緒設計優先類，一共7個如下所示：

那麼執行緒結合程序後，執行緒的優先順序如下所示：

注意：程序沒有被排程，實質上沒有優先順序可言，這裡說的程序的優先順序只是個抽象概念，通過這個抽象的優先順序，可以改變執行緒的優先順序。

11 設定程式的優先順序

<1>CreateProcess的時候，dwCreationFlags引數可以設定

<2> 子程序在執行的時候改變優先順序

BOOL SetPriorityClass(HANDLE  hProcess, DWORD  fdwPriority);

<3>命令列啟動程式

當正常啟動時候，預設程序是正常的優先順序，當用STRAT啟動程序的時候，可以附帶優先順序開關。如下所示：

C:\>START /LOW CALC.EXE

/BELOWNORMAL, /NORMAL, /ABOVENORMAL,/HIGH,  /REALTIME，這些都是可選的模式

<4> 通過工作管理員來設定程序的優先級別

<5>設定執行緒優先順序

BOOL SetThreadPriority( HANDLE hThread, int nPriority);

執行緒剛剛建立的時候，優先順序是預設的正常優先順序，設定優先順序的程式碼如下所示：

DWORD dwThreadID;
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0,ThreadFunc, NULL,
CREATE_SUSPENDED, &dwThreadID);
SetThreadPriority(hThread,THREAD_PRIORITY_IDLE);
ResumeThread(hThread);
CloseHandle(hThread)

<6> 動態提高執行緒優先順序

執行緒的基本優先順序：執行緒的相對優先順序和執行緒所屬的程序的優先順序綜合考慮得到的優先順序

         系統常常要提高執行緒的優先順序等級，以便對視窗訊息或讀取磁碟等I / O事件作出響應。

         系統只能為基本優先順序等級在1至1 5之間的執行緒提高其優先順序等級

         執行緒的當前優先順序不會低於執行緒的基本優先順序

         系統決不會將執行緒的優先順序等級提高到實時範圍（高於 1 5）

如果要拒絕作業系統動態的提高執行緒的優先順序，那麼就可以使用下面的兩個函式：

BOOL SetProcessPriorityBoost(HANDLEhProcess,         BOOLbDisablePriorityBoost);
BOOL SetThreadPriorityBoost(HANDLE hThread,BOOLbDisablePriorityBoost);

檢查是否啟動自動調整優先順序，使用下面的兩個函式：

BOOL GetProcessPriorityBoost(HANDLEhProcess,PBOOL pbDisablePriorityBoost);
BOOL GetThreadPriorityBoost(HANDLE hThread,PBOOLpbDisablePriorityBoost);

<7>為前臺程序調整排程程式

         當用戶對程序的視窗進行操作時，該程序就稱為前臺程序，所有其他程序則稱為後臺程序。當然，使用者希望他正在使用的程序比後臺程序具有更強的響應性。為了提高前臺程序的響應性，Wi n d o w s能夠為前臺程序中的執行緒調整其排程演算法。對於 Windows 2000來說，系統可以為前臺程序的執行緒提供比通常多的 C P U時間量。這種調整隻能在前臺程序屬於正常優先順序類的程序時才能進行。如果它屬於其他任何優先順序類，就無法進行任何調整。

         當一個優先順序為正常的程序移到前臺時，系統便將最低、低於正常、正常、高於正常和最高等優先順序的執行緒的優先順序提高 1，優先順序為空閒和關鍵時間的執行緒的優先順序則不予提高。

         設定是否開始提高前臺排程效能的方法：

10  親緣性

         這個不多說了，就是在有多個CPU的時候，指定程序或者執行緒在哪幾個指定的CPU上執行的策略，在一定情況下可以提高CPU的使用率。