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多任务的多任务操作系统

归档日期:07-27       文本归类:多任务处理      文章编辑:爱尚语录

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  Windows是当今流行的多任务操作系统,其多任务处理可分为两类:协同式多任务和抢 先式多任务处理模式。使用协同式多任 务处理模式,CPU的分配直接由应用程序决定,所以系统性能好坏取决于应用程序设计好坏。而运行抢先式多任务处理模式,各进程占用CPU的时间由系统调度程序决定,当调度程序检测出有比当前任务优先级更高的程序事件后,暂停当前任务并将CPU时间分配给优先级更高的进程。所有的Win16应用程序都在同一台虚拟机上运行,各程序之间采用的是协同式多任务处理。每个Win32应用程序和MS-DOS应用程序都具有自己专用的虚拟机,其进程按抢先式多任务处理方式运行。

  Windows多任务处理采用的是被称为虚拟机(Virtual Machine)的技术。虚拟机实际上指的是由Windows在内存中创建的逻辑微机,由它来运行应用程序。当Windows接受到由鼠标器、键盘、定时器信号或某些I/O操作产生的事件后,为该任务分配CPU时间。每个任务使用由Windows分配的短暂的时间片(Timeslice)轮流使用CPU,由于CPU对每个时间片的处理速度非常快,在用户看来好像这些任务在同时执行。

  Windows中的多任务调度策略 Windows中调度的任务有两种状态:运行状态和等待状态。正在运行的任务处于运行状态,当该任务把CPU控制权交给其他任务后,就被置为等待状态。为了便于任务调度和保存每个任务运行的参数,Windows在装载应用程序时,由LoadModule()函数创建一任务数据库 (简称TDB),该任务数据库在内存中是以链表的形式存在,TDB链表中的结点记下了每个任务切换时的堆栈指针、中断处理程序地址及此任务对应的模块句柄和实例句柄等。Windows就是根据TDB链表中存放的各个任务的数据信息来完成任务调度的。 对Windows而言,CPU属于临界资源,在某一时刻只有一个任务独占CPU。为了合理分配CPU,提高系统的性能,Windows根据任务是否存在等待事件来进行任务调度。如果当前任务没有事件可供处理,那么就应该把控制权交给其他具有等待事件的任务。为了记录每个任务的等待事件个数,在TDB链表中,为每个任务建立一个事件计数器(TDB偏移6处的值),系统调度程序就是根据该计数器来进行任务调度。我们可以通过Windows中未公开的核心函数PostEvent()把指定任务的事件计数器值增1,人为地伪造一个事件,引起相应的任务被唤醒。 当有多个任务都具有等待事件时,Windows采用的最高优先级(HPF)算法进行调度。为此Windows定义了任务的优先权值:范围从-32到+15,任务的优先权值越小,它的优先级就越高,其任务结点在TDB链表中的位置也越靠前。而在实际应用中,绝大多数Windows应用程序的优先值都是0,若优先权值相同,则按先来先服务的原则进行。任务的优先权值只对具有等待事件的任务生效,如果一个任务没有等待事件,即使优先权再高,也不会被调度。 若当前任务所分配的时间片用完或当前任务再无等待事件,任务调度程序就要释放当前任务的控制权,把控制权交给已选中的可调度任务。但在WindowsAPI中并没直接公开这样一个函数,许多具有释放控制权功能的函数都被隐藏在GetMessage()或PeekMessage()这样的消息函数中,当应用程序在消息环中没有消息可供接收时,它就会把控制权交给别的任务,以防止当前任务进入死循环。当前任务释放控制权以后,如果没一个任务被调度程序选中,调度程序就会使Windows进入系统空闲状态,相应的电源管理软件就会使整个系统处于低能耗的睡眠状态,直至有任务被唤醒而重新开始正常运转。

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