第7章 线程的调度、优先级和亲缘性

上一章介绍了每个线程是如何拥有一个上下文结构的，这个结构维护在线程的内核对象中。这个上下文结构反映了线程上次运行时该线程的C P U寄存器的状态。每隔2 0 m s左右，Wi n d o w s要查看当前存在的所有线程内核对象。在这些对象中，只有某些对象被视为可以调度的对象。Wi n d o w s选择可调度的线程内核对象中的一个，将它加载到C P U的寄存器中，它的值是上次保存在线程的环境中的值。这项操作称为上下文转换。Wi n d o w s实际上保存了一个记录，它说明每个线程获得了多少个运行机会。使用M i c r o s o f t S p y + +这个工具，就可以了解这个情况。图7 - 1显示了一个线程的属性。注意，该线程已经被调度了37 379次。

目前，线程正在执行代码，并对它的进程的地址空间中的数据进行操作。再过2 0 m s左右，Wi n d o w s就将C P U的寄存器重新保存到线程的上下文中。线程不再运行。系统再次查看其余的可调度线程内核对象，选定另一个线程的内核对象，将该线程的上下文加载到C P U的寄存器中，然后继续运行。当系统引导时，便开始加载线程的上下文，让线程运行，保存上下文和重复这些操作，直到系统关闭。

图7-1 线程的属性

总之，这就是系统对线程进行调度的过程。这很简单，是不是？ Wi n d o w s被称为抢占式多线程操作系统，因为一个线程可以随时停止运行，随后另一个线程可进行调度。如你所见，可以对它进行一定程度的控制，但是不能太多。记住，无法保证线程总是能够运行，也不能保证线程能够得到整个进程，无法保证其他线程不被允许运行等等。

注意程序员常常问我，如何才能保证线程在某个事件的某个时间段内开始运行，比如，如何才能确保某个线程在数据从串行端口传送过来的1 m s内开始运行呢？我的回答是，办不到。实时操作系统才能作出这样的承诺，但是Wi n d o w s不是实时操作系统。实时操作系统必须清楚地知道它是在什么硬件上运行，这样它才能知道它的硬盘控制器和键盘等的等待时间。M i c r o s o f t对Wi n d o w s规定的目标是，使它能够在各种不同的硬件上运行，即能够在不同的C P U、不同的驱动器和不同的网络上运行。简而言之，Wi n d o w s没有设计成为一种实时操作系统。

尽管应强调这样一个概念，即系统只调度可以调度的线程，但是实际情况是，系统中的大多数线程是不可调度的线程。例如，有些线程对象的暂停计数大于1。这意味着该线程已经暂停运行，不应该给它安排任何C P U时间。通过调用使用C R E AT E _ S U S P E N D E D标志的C r e a t e P r o c e s s或C r e a t e T h r e a d函数，可以创建一个暂停的线程。（本章后面还要介绍S u s p e n dT h r e a d和R e s u m e T h r e a d函数。）

除了暂停的线程外，其他许多线程也是不可调度的线程，因为它们正在等待某些事情的发生。例如，如果运行N o t e p a d，但是并不键入任何数据，那么N o t e p a d的线程就没有什么事情要做。系统不给无事可做的线程分配C P U时间。当移动N o t e p a d的窗口时，或者N o t e p a d的窗口需要刷新它的内容，或者将数据键入N o t e p a d，系统就会自动使N o t e p a d的线程成为可调度的线程。这并不意味着N o t e p a d的线程立即获得了C P U时间。它只是表示N o t e p a d的线程有事情可做，系统将设法在某个时间（不久的将来）对它进行调度。

7.1 暂停和恢复线程的运行

在线程内核对象的内部有一个值，用于指明线程的暂停计数。当调用C r e a t e P r o c e s s或C r e a t e T h r e a d函数时，就创建了线程的内核对象，并且它的暂停计数被初始化为1。这可以防止线程被调度到C P U中。当然，这是很有用的，因为线程的初始化需要时间，你不希望在系统做好充分的准备之前就开始执行线程。

当线程完全初始化好了之后， C r e a t e P r o c e s s或C r e a t e T h r e a d要查看是否已经传递了C R E ATE_ SUSPENDED标志。如果已经传递了这个标志，那么这些函数就返回，同时新线程处于暂停状态。如果尚未传递该标志，那么该函数将线程的暂停计数递减为0。当线程的暂停计数是0的时候，除非线程正在等待其他某种事情的发生，否则该线程就处于可调度状态。

在暂停状态中创建一个线程，就能够在线程有机会执行任何代码之前改变线程的运行环境（如优先级）。一旦改变了线程的环境，必须使线程成为可调度线程。要进行这项操作，可以调用R e s u m e T h r e a d，将调用C r e a t e T h r e a d函数时返回的线程句柄传递给它（或者是将传递给C r e a t e P r o c e s s的p p i P r o c I n f o参数指向的线程句柄传递给它）：

DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

单个线程可以暂停若干次。如果一个线程暂停了3次，它必须恢复3次，然后它才可以被分配给一个C P U。当创建线程时，除了使用C R E AT E _ S U S P E N D E D外，也可以调用S u s p e n dT h r e a d函数来暂停线程的运行：

DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);

在实际环境中，调用S u s p e n d T h r e a d时必须小心，因为不知道暂停线程运行时它在进行什么操作。如果线程试图从堆栈中分配内存，那么该线程将在该堆栈上设置一个锁。当其他线程试图访问该堆栈时，这些线程的访问就被停止，直到第一个线程恢复运行。只有确切知道目标线程是什么（或者目标线程正在做什么），并且采取强有力的措施来避免因暂停线程的运行而带来的问题或死锁状态，S u s p e n d T h r e a d才是安全的（死锁和其他线程同步问题将在第8、9和1 0章介绍）。

7.2 暂停和恢复进程的运行

对于Wi n d o w s来说，不存在暂停或恢复进程的概念，因为进程从来不会被安排获得C P U时间。但是，曾经有人无数次问我如何暂停进程中的所有线程的运行。Wi n d o w s确实允许一个进程暂停另一个进程中的所有线程的运行，但是从事暂停操作的进程必须是个调试程序。特别是，进程必须调用Wa i t F o r D e b u g E v e n t和C o n t i n u e D e b u g E v e n t之类的函数。

由于竞争的原因，Wi n d o w s没有提供其他方法来暂停进程中所有线程的运行。例如，虽然许多线程已经暂停，但是仍然可以创建新线程。从某种意义上说，系统必须在这个时段内暂停所有新线程的运行。M i c r o s o f t已经将这项功能纳入了系统的调试机制。

虽然无法创建绝对完美的S u s p e n d P r o c e s s函数，但是可以创建一个该函数的实现代码，它能够在许多条件下出色地运行。下面是我的S u s p e n d P r o c e s s函数的实现代码：

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);
   }
}

HANDLE OpenThread(DWORD dwDesiredAccess,
   BOOL bInheritHandle, DWORD dwThreadID);

也许你懂得为什么S u s p e n d P r o c e s s不能总是运行，原因是当枚举线程组时，新线程可以被创建和撤消。因此，当我调用C r e a t e To o l h e l p 3 2 S n a p s h o t后，一个新线程可能会出现在目标进程中，我的函数将无法暂停这个新线程。过了一些时候，当调用S u s p e n d P r o c e s s函数来恢复线程的运行时，它将恢复它从未暂停的一个线程的运行。更糟糕的是，当枚举线程I D时，一个现有的线程可能被撤消，一个新线程可能被创建，这两个线程可能拥有相同的I D。这将会导致该函数暂停任意些个（也许在目标进程之外的一个进程中的）线程的运行。

当然，这些情况不太可能出现。如果非常了解目标进程是如何运行的，那么这些问题也许根本不是问题。我提供这个函数供酌情使用。

7.3 睡眠方式

线程也能告诉系统，它不想在某个时间段内被调度。这是通过调用S l e e p函数来实现的：

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);

• 调用S l e e p，可使线程自愿放弃它剩余的时间片。

• 系统将在大约的指定毫秒数内使线程不可调度。不错，如果告诉系统，想睡眠1 0 0 m s，那么可以睡眠大约这么长时间，但是也可能睡眠数秒钟或者数分钟。记住， Wi n d o w s不是个实时操作系统。虽然线程可能在规定的时间被唤醒，但是它能否做到，取决于系统中还有什么操作正在进行。

• 可以调用S l e e p，并且为d w M i l l i s e c o n d s参数传递I N F I N I T E。这将告诉系统永远不要调度该线程。这不是一件值得去做的事情。最好是让线程退出，并还原它的堆栈和内核对象。

• 可以将0传递给S l e e p。这将告诉系统，调用线程将释放剩余的时间片，并迫使系统调度另一个线程。但是，系统可以对刚刚调用S l e e p的线程重新调度。如果不存在多个拥有相同优先级的可调度线程，就会出现这种情况。

7.4 转换到另一个线程

系统提供了一个称为S w i t c h To T h r e a d的函数，使得另一个可调度线程（如果存在能够运行）：

BOOL SwitchToThread();

该函数允许一个需要资源的线程强制另一个优先级较低、而目前却拥有该资源的线程放弃该资源。如果调用S w i t c h To T h r e a d函数时没有其他线程能够运行，那么该函数返回FA L S E，否则返回一个非0值。

调用S w i t c h To T h r e a d函数与调用S l e e p是相似的，并且传递给它一个0 m s的超时。差别是S w i t c h To T h r e a d允许优先级较低的线程运行。即使低优先级线程迫切需要C P U时间，S l e e p也能够立即对调用线程重新进行调度。

Windows 98 Windows 98没有配备该函数的非常有用的实现代码。

7.5 线程的运行时间

有时想要计算线程执行某个任务需要多长的时间。许多人采取的办法是编写类似下面的代码：

//Get the current time (start time).
DWORD dwStartTime = GetTickCount();

//Perform complex algorithm here.

//Subtract start time from current time to get duration.
DWORD dwElapsedTime = GetTickCount() - dwStartTime;

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

表7-1 GetThreadTimes 函数的返回时间值

使用这个函数，可以通过使用下面的代码确定执行复杂的算法时需要的时间量：

__int64 FileTimeToQuadWord(PFILETIME pft) 
{
   return (Int64ShllMod32(
      pft->dwHighDateTime, 32) | pft->dwLowDateTime);
}

void PerformLongOperation() 
{
   FILETIME ftKernelTimeStart, ftKernelTimeEnd;
   FILETIME ftUserTimeStart,   ftUserTimeEnd;

   FILETIME ftDummy;
   __int64 qwKernelTimeElapsed, qwUserTimeElapsed,
      qwTotalTimeElapsed;

   //Get starting times.
   GetThreadTimes(GetCurrentThread(), &ftDummy,
      &ftDummy, &ftKernelTimeStart, &ftUserTimeStart);

   //Perform complex algorithm here.

   //Get ending times.
   GetThreadTimes(GetCurrentThread(), &ftDummy,
      &ftDummy, &ftKernelTimeEnd, &ftUserTimeEnd);

   //Get the elapsed kernel and user times by 
   //converting the start and end times 
   //from FILETIMEs to quad words, and then 
   //subtract the start times from the end times.

   qwKernelTimeElapsed = 
      FileTimeToQuadWord(&ftKernelTimeEnd) -
      FileTimeToQuadWord(&ftKernelTimeStart);

   qwUserTimeElapsed = 
      FileTimeToQuadWord(&ftUserTimeEnd) -
      FileTimeToQuadWord(&ftUserTimeStart);

   //Get total time duration by adding the kernel
   //and user times.

   qwTotalTimeElapsed = qwKernelTimeElapsed + 
      qwUserTimeElapsed;

   //The total elapsed time is in 
   //qwTotalTimeElapsed.
}

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

Windows 98 遗憾的是， G e t T h r e a d Ti m e s和G e t P r o c e s s Ti m e s这两个函数在Wi n d o w s9 8中不起作用。在Windows 98中，没有一个可靠的机制可供应用程序来确定线程或进程已经使用了多少C P U时间。

对于高分辨率的配置文件来说， G e t T h r e a d Ti m e s并不完美。Wi n d o w s确实提供了一些高分辨率性能函数：

BOOL QueryPerformanceFrequency(
   LARGE_INTEGER* pliFrequency);

BOOL QueryPerformanceCounter(
   LARGE_INTEGER* pliCount);

class CStopwatch 
{
public:
   CStopwatch() 
   { 
      QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
      Start();
   }

   void Start() 
   { 
      QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
   }

   __int64 Now() const 
   {
      //Returns # of milliseconds since
      //Start was called

      LARGE_INTEGER liPerfNow;
      QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);

      return (((liPerfNow.QuadPart - 
         m_liPerfStart.QuadPart) * 1000)/
         m_liPerfFreq.QuadPart);
   }

private:

   //Counts per second
   LARGE_INTEGER m_liPerfFreq;   

   //Starting count
   LARGE_INTEGER m_liPerfStart;  
};

//Create a stopwatch timer
//(which defaults to the current time).
CStopwatch stopwatch;

//Execute the code I want to profile here.

//Get how much time has elapsed up to now.
  __int64 qwElapsedTime = stopwatch.Now();

//qwElapsedTime indicates how long 
//the profiled code executed in milliseconds.

现在应该懂得环境结构在线程调度中所起的重要作用了。环境结构使得系统能够记住线程的状态，这样，当下次线程拥有可以运行的C P U时，它就能够找到它上次中断运行的地方。

知道这样低层的数据结构也会完整地记录在Platform SDK文档中确实使人吃惊。不过如果查看该文档中的C O N T E X T结构，会看到下面这段文字：

“C O N T E X T结构包含了特定处理器的寄存器数据。系统使用C O N T E X T结构执行各种内部操作。目前，已经存在为I n t e l、M I P S、A l p h a和P o w e r P C处理器定义的C O N T E X T结构。若要了解这些结构的定义，参见头文件Wi n N T. h”。

该文档并没有说明该结构的成员，也没有描述这些成员是谁，因为这些成员要取决于Windows 2000在哪个C P U上运行。实际上，在Wi n d o w s定义的所有数据结构中， C O N T E X T结构是特定于C P U的唯一数据结构。

那么C O N T E X T结构中究竟存在哪些东西呢？它包含了主机C P U上的每个寄存器的数据结构。在x 8 6计算机上，数据成员是E a x、E b x、E c x、E d x等等。如果是A l p h a处理器，那么数据成员包括I n t V 0、I n t T 0、I n t T 1、I n t S 0、I n t R a和I n t Z e r o等等。下面这个代码段显示了x86 CPU的完整的C O N T E X T结构：

typedef struct _CONTEXT
{
    //
    //The flags 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 threads context,
    // then only that portion of the threads
    // context will be modified.
    //
    // If the context record is used as an 
    // IN OUT parameter to capture the context of
    // a thread, then 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 the
    // ContextFlags word contians the flag 
    // CONTEXT_FLOATING_POINT.
    //

    FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;

    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians the flag 
    // CONTEXT_SEGMENTS.
    //

    DWORD   SegGs;
    DWORD   SegFs;
    DWORD   SegEs;
    DWORD   SegDs;

    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians 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 contians 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;

Wi n d o w s实际上允许查看线程内核对象的内部情况，以便抓取它当前的一组C P U寄存器。若要进行这项操作，只需要调用G e t T h r e a d C o n t e x t函数：

BOOL GetThreadContext(HANDLE hThread,
   PCONTEXT pContext);

在调用G e t T h r e a d C o n t e x t函数之前，应该调用S u s p e n d T h r e a d，否则，线程可能被调度，而且线程的环境可能与你收回的不同。一个线程实际上有两个环境。一个是用户方式，一个是内核方式。G e t T h r e a d C o n t e x t只能返回线程的用户方式环境。如果调用S u s p e n d T h r e a d来停止线程的运行，但是该线程目前正在用内核方式运行，那么，即使S u s p e n d T h r e a d实际上尚未暂停该线程的运行，它的用户方式仍然处于稳定状态。线程在恢复用户方式之前，它无法执行更多的用户方式代码，因此可以放心地将线程视为处于暂停状态， G e t T h r e a d C o n t e x t函数将能正常运行。

C O N T E X T结构的C o n t e x t F l a g s成员并不与任何C P U寄存器相对应。无论是何种C P U结构，该成员存在于所有C O N T E X T结构定义中。C o n t e x t F l a g s成员用于向G e t T h r e a d C o n t e x t函数指明你想检索哪些寄存器。例如，如果想要获得线程的控制寄存器，可以编写下面的代码：

//Create a CONTEXT structure.
CONTEXT Context;

//Tell the system that we are interested in only the
//control registers.
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;

//Tell the system to get the registers associated with a thread.
GetThreadContext(hThread,&Context);

//The control register members in the CONTEXT structure
//reflect the thread's control registers. The other members
//are undefined.

//Tell the system that we are interested
//in the control and integer registers.
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL | CONTEXT_INTEGER;

//Tell the system we are interested in
// the important registers.
Context.ContextFlags = CONTEXT_FULL;

表7-2 CONTEXT-F U L L的意义

当G e t T h r e a d C o n t e x t返回时，能够很容易地查看线程的任何寄存器的值，但是要记住，这意味着必须编写与C P U相关的代码。表7 - 3根据C P U类型列出了C O N T E X T结构的指令指针和堆栈指针。

表7-3 CONTEXT 结构的指令指针和堆栈指针

Wi n d o w s为编程人员提供了多么强大的功能啊！如果你认为它确实不错，那么你一定会喜欢它的，因为Wi n d o w s使你能够修改C O N T E X T结构中的成员，然后通过调用S e t T h r e a d C o n t e x t将新寄存器值放回线程的内核对象中：

BOOL SetThreadContext(HANDLE hThread,
   CONST CONTEXT *pContext);

在调用S e t T h r e a d C o n t e x t之前，必须再次对C O N T E X T的C o n t e x t F l a g s成员进行初始化，如下面的代码所示：

CONTEXT Context;

//Stop the thread from running.
SuspendThread(hThread);

//Get the thread's context registers.
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;
GetThreadContext(hThread, &Context);

//Make the instruction pointer point 
//to the address of your choice.

//Here I've arbitrarily set the address
//instruction pointer to 0x00010000.

#if defined(_ALPHA_)
Context.Fir = 0x00010000;
#elif defined(_X86_)
Context.Eip = 0x00010000;
#else
#error Module contains CPU-specific code;modify and recompile.
#endif

//Set the thread's registers to reflect the changed values.
//It's not really necessary to reset the ControlFlags member
//because it was set earlier.
Context.ControlFlags = CONTEXT_CONTROL;
SetThreadContext(hThread, &Context);

//Resuming the thread will cause it to begin execution
//at address 0x00010000.
ResumeThread(hThread);

G e t T h r e a d C o n t e x t和S e t T h r e a d C o n t e x t函数使你能够对线程进行许多方面的控制，但是在使用它们时应该小心。实际上，几乎没有应用程序调用这些函数。增加这些函数是为了增强调试程序和其他工具的功能。任何应用程序都可以调用它们。

第2 4章将详细地介绍C O N T E X T结构。

7.7 线程的优先级

本章开头讲述了C P U是如何只使线程运行2 0 m s，然后调度程序将另一个可调度的线程分配给C P U的。如果所有线程具有相同的优先级，那么就会发生这种情况，但是，在现实环境中，线程被赋予许多不同的优先级，这会影响到调度程序将哪个线程取出来作为下一个要运行的线程。

每个线程都会被赋予一个从0（最低）到3 1（最高）的优先级号码。当系统确定将哪个线程分配给C P U时，它首先观察优先级为3 1的线程，并以循环方式对它们进行调度。如果优先级为3 1的线程可以调度，那么就将该线程赋予一个C P U。在该线程的时间片结束时，系统要查看是否还有另一个优先级为3 1的线程可以运行，如果有，它将允许该线程被赋予一个C P U。

只要优先级为3 1的线程是可调度的，系统就绝对不会将优先级为0到3 0的线程分配给C P U。这种情况称为渴求调度（ s t a r v a t i o n）。当高优先级线程使用大量的C P U时间，从而使得低优先级线程无法运行时，便会出现渴求情况。在多处理器计算机上出现渴求情况的可能性要少得多，因为在这样的计算机上，优先级为3 1和优先级为3 0的线程能够同时运行。系统总是设法使C P U保持繁忙状态，只有当没有线程可以调度的时候， C P U才处于空闲状态。

人们可能认为，在这样的系统中，低优先级线程永远得不到机会运行。不过正像前面指出的那样，在任何一个时段内，系统中的大多数线程是不能调度的。例如，如果进程的主线程调用G e t M e s s a g e函数，而系统发现没有线程可以供它使用，那么系统就暂停进程的线程运行，释放该线程的剩余时间片，并且立即将C P U分配给另一个等待运行的线程。

如果没有为G e t M e s s a g e函数显示可供检索的消息，那么进程的线程将保持暂停状态，并且决不会被分配给C P U。但是，当消息被置于线程的队列中时，系统就知道该线程不应该再处于暂停状态。此时，如果没有更高优先级的线程需要运行，系统就将该线程分配给一个C P U。

现在考虑另一个问题。高优先级线程将抢在低优先级线程之前运行，不管低优先级线程正在运行什么。例如，如果一个优先级为5的线程正在运行，系统发现一个高优先级的线程准备要运行，那么系统就会立即暂停低优先级线程的运行（即使它处于它的时间片中），并且将C P U分配给高优先级线程，使它获得一个完整的时间片。

还有，当系统引导时，它会创建一个特殊的线程，称为0页线程。该线程被赋予优先级0，它是整个系统中唯一的一个在优先级0上运行的线程。当系统中没有任何线程需要执行操作时，0页线程负责将系统中的所有空闲R A M页面置0。

7.8 对优先级的抽象说明

当M i c r o s o f t的开发人员设计线程调度程序时，他们发现该调度程序无法在所有时间适应所有人的需要。他们还发现，计算机的“作用”是不断变化的。当Windows NT问世时，对象链接和嵌入（O L E）应用程序还刚刚开始编写。现在， O L E应用程序已经司空见惯。游戏软件已经相当流行。当然，在Windows NT的早期，并没有更多地考虑I n t e r n e t的问题。

调度算法对用户运行的应用程序类型有着相当大的影响。从一开始， M i c r o s o f t的开发人员就认识到，随着系统的用途的变化，他们必须不断修改调度算法。但是，软件开发人员需要在今天编写软件，而M i c r o s o f t则要保证软件能够在将来的系统版本上运行。那么M i c r o s o f t如何改变系统工作的方式并仍然保证软件能够运行呢？下面是解决这个问题的一些办法：

• Microsoft没有将调度程序的行为特性完全固定下来。

• Microsoft没有让应用程序充分利用调度程序的特性。

• Microsoft声称调度程序的算法是变化的，在编写代码时应有所准备。

Windows API展示了系统的调度程序上的一个抽象层，这样就永远不会直接与调度程序进行通信。相反，要调用Wi n d o w s函数，以便根据运行的系统版本“转换”参数。本章将介绍这个抽象层。

当设计一个应用程序时，你应该考虑到还有什么别的应用程序会与你的应用程序一道运行。然后，应该根据你的应用程序中的线程应该具备何种响应性，选择一个优先级类。这听起来有些费解，不过情况确实如此。M i c r o s o f t不想作出任何将来可能影响你的代码运行的承诺。

Wi n d o w s支持6个优先级类：即空闲、低于正常、正常、高于正常、高和实时。当然，正常优先级是最常用的优先级类， 9 9 %的应用程序均使用这个优先级类。表7 - 4描述了这些优先级类。

表7-4 Windows 支持的优先级类

当系统什么也不做的时候，将空闲优先级类用于应用程序的运行是最恰当不过的。没有用交互方式使用的计算机有可能仍然很繁忙（比如作为文件服务器），不应该与屏幕保护程序争用C P U时间。定期更新系统的某些状态的统计信息跟踪应用程序不应该干扰关键任务的运行。

只有当绝对必要的时候，才可以使用高优先级类。你会惊奇地发现， Windows Explorer是在高优先级上运行的。大多数时间E x p l o r e r的线程是暂停的，等待用户按下操作键或者点击鼠标按钮时被唤醒。当E x p l o r e r的线程处于暂停状态时，系统不将它的线程分配给C P U。因为这将使低优先级线程得以运行。但是一旦用户按下一个操作键或组合键，如C t r l + E s c，系统就会唤醒E x p l o r e r的线程（当用户按下C t r l + E s c组合键时，也会出现S t a r t菜单）。如果低优先级线程正在运行，系统会立即抢在这些线程的前面，让E x p l o r e r的线程优先运行。

M i c r o s o f t就是按这种方法设计E x p l o r e r的，因为用户希望无论系统中正在运行什么，外壳程序都具有极强的响应能力。实际上，即使低优先级线程在无限循环中暂停运行，也能显示E x p l o r e r的窗口。由于E x p l o r e r的线程拥有较高的优先级，因此执行无限循环的线程被抢占，E x p l o r e r让用户终止挂起进程的运行。E x p l o r e r的运行特性非常出色，大部分时间它的线程无事可做，不必占用C P U时间。如果情况不是如此，那么整个系统的运行速度就会慢得多，许多应用程序就不会作出响应。

应该尽可能避免使用实时优先级类。实际上Windows NT 3.1的早期测试版并没有向应用程序展示这个优先级类，尽管该操作系统支持这个类。实时优先级是很高的优先级，它可能干扰操作系统任务的运行，因为大多数操作系统线程均以较低的优先级来运行。因此实时线程可能阻止必要的磁盘I / O信息和网络信息的产生。此外，键盘和鼠标输入将无法及时得到处理，用户可能以为系统已经暂停运行。大体来说，必须有足够的理由才能使用实时优先级，比如需要以很短的等待时间来响应硬件事件，或者执行某些不能中断的短期任务。

注意 除非用户拥有“提高调度优先级”的权限，否则进程不能用实时优先级类来运行。凡是被指定为管理员或特权用户的用户，均默认拥有该权限。

当然，大多数进程都属于正常优先级类。低于正常和高于正常的优先级类是Windows 2000中的新增优先级。M i c r o s o f t增加这些优先级类的原因是，有若干家公司抱怨现有的优先级类无法提供足够的灵活性。

一旦选定了优先级类之后，就不必考虑你的应用程序与其他应用程序之间的关系，只需要集中考虑你的应用程序中的各个线程。Wi n d o w s支持7个相对的线程优先级：即空闲、最低、低于正常、正常、高于正常、最高和关键时间优先级。这些优先级是相对于进程的优先级类而言的。大多数线程都使用正常线程优先级。表7 - 5描述了这些相对的线程优先级。

表7-5 相对的线程优先级

概括起来说，进程是优先级类的一个组成部分，你为进程中的线程赋予相对线程优先级。这里没有讲到0到3 1的优先级的任何情况。应用程序开发人员从来不必具体设置优先级。相反，系统负责将进程的优先级类和线程的相对优先级映射到一个优先级上。正是这种映射方式，M i c r o s o f t不想拘泥不变。实际上这种映射方式是随着系统的版本的升级而变化的。

表7 - 6显示了这种映射方式是如何用于Windows 2000的，注意，Windows NT的早期版本和某些Windows 95和Windows 98版本采用了不同的映射方式。未来的Wi n d o w s版本中的映射方式也会变化。

例如，正常进程中的正常线程被赋予的优先级是8。由于大多数进程属于正常优先级类，而大多数线程属于正常线程优先级，因此系统中的大多数线程的优先级是8。

如果高优先级进程中有一个正常线程，该线程的优先级将是1 3。如果将进程的优先级类改为8，那么线程的优先级就变为4。如果改变了进程的优先级类，线程的相对优先级不变，但是它的优先级的等级却发生了变化。

表7-6 进程优先级类和线程相对优先级的映射

注意，表7 - 6并没有显示优先级的等级为0的线程。这是因为0优先级保留供零页线程使用，系统不允许任何其他线程拥有0优先级。另外，下列优先级等级是无法使用的： 1 7、1 8、1 9、2 0、2 1、2 7、2 8、2 9和3 0。如果编写一个以内核方式运行的设备驱动程序，可以获得这些优先级等级，而用户方式的应用程序则不能。另外还要注意，实时优先级类中的线程不能低于优先级等级1 6。同样，非实时优先级类中的线程的等级不能高于1 5。

注意有些人常常搞不清进程优先级类的概念。他们认为这可能意味着进程是可以调度的。但是进程是根本不能调度的，只有线程才能被调度。进程优先级类是个抽象概念，M i c r o s o f t提出这个概念的目的，是为了帮助你将它与调度程序的内部运行情况区分开来。它没有其他目的。

注意一般来说，大多数时候高优先级的线程不应该处于可调度状态。当线程要进行某种操作时，它能迅速获得C P U时间。这时线程应该尽可能少地执行C P U指令，并返回睡眠状态，等待再次变成可调度状态。相反，低优先级的线程可以保持可调度状态，执行大量的C P U指令来进行它的操作。如果按照这些原则来办，整个操作系统就能正确地对用户作出响应。

7.9 程序的优先级

进程是如何被赋予优先级类的呢？当调用C r e a t e P r o c e s s时，可以在f d w C r e a t e参数中传递需要的优先级类。表7 - 7显示了优先级类的标识符。

表7-7 优先级类的标识类

创建子进程的进程负责选择子进程运行的优先级类，这看起来有点奇怪。让我们以E x p l o r e r为例来说明这个问题。当使用E x p l o r e r来运行一个应用程序时，新进程按正常优先级运行。E x p l o r e r不知道进程在做什么，也不知道隔多长时间它的线程需要进行调度。但是，一旦子进程运行，它就能够通过调用S e t P r i o r i t y C l a s s来改变它自己的优先级类：

BOOL SetPriorityClass(HANDLE hProcess,
   DWORD fdwPriority);

一般来说，进程将试图改变它自己的优先级类。下面是如何使一个进程将它自己的优先级类设置为空闲的例子：

BOOL SetPriorityClass(GetCurrentProcess(),
   IDLE_PRIORITY_CLASS);

DWORD GetPriorityClass(HANDLE hProcess);

当使用命令外壳启动一个程序时，该程序的起始优先级是正常优先级。但是，如果使用S t a r t命令来启动该程序，可以使用一个开关来设定应用程序的起始优先级。例如，在命令外壳输入下面的命令可使系统启动C a l c u l a t o r，并在开始时按空闲优先级来运行它：

C:\>START /LOW CALC.EXE

Windows 98的S t a r t命令并不支持这些开关中的任何一个。Windows 98命令外壳启动的进程总是使用正常优先级类来运行。

Windows 2000的Task Manager 使得用户可以改变进程的优先级类。图7 - 2显示了Ta s kM a n a g e r的P r o c e s s e s选项卡，它显示了当前运行的所有进程。Base Pri列显示了每个进程的优先级类。可以改变进程的优先级类，方法是选定一个进程，然后从上下文菜单的Set Priority（设置优先级）子菜单中选择一个选项。

图7-2 Windows Task Manager 对话框

当一个线程刚刚创建时，它的相对线程优先级总是设置为正常优先级。我总感到有些奇怪，C r e a t e T h r e a d没有为调用者提供一个设置新线程的相对优先级的方法。若要设置和获得线程的相对优先级，必须调用下面的这些函数：

BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread,
   int nPriority);

表7-8 线程相对优先级的标识符常量

下面是检索线程的相对优先级的补充函数：

int GetThreadPriority(HANDLE hThread);

若要创建一个带有相对优先级为空闲的线程，可以执行类似下面的代码：

DWORD dwThreadID;

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc,
   NULL, CREATE_SUSPENDED, &dwThreadID);

SetThreadPriority(hThread, THREAD_PRIORITY_IDLE);

ResumeThread(hThread);
CloseHandle(hThread);

注意Wi n d o w s没有提供返回线程的优先级的函数。这是故意进行的。记住，M i c r o s o f t保留了随时修改调度算法的权利。你不会设计需要调度算法专门知识的应用程序。如果坚持使用进程优先级类和相对线程优先级，你的应用程序不仅现在能够顺利地运行，而且在系统的将来版本上也能很好地运行。

7.9.1 动态提高线程的优先级等级

通过将线程的相对优先级与线程的进程优先级类综合起来考虑，系统就可以确定线程的优先级等级。有时这称为线程的基本优先级等级。系统常常要提高线程的优先级等级，以便对窗口消息或读取磁盘等I / O事件作出响应。

例如，在高优先级类进程中的一个正常优先级等级的线程的基本优先级等级是1 3。如果用户按下一个操作键，系统就会将一个W M _ K E Y D O W N消息放入线程的队列中。由于一个消息已经出现在线程的队列中，因此该线程就是可调度的线程。此外，键盘设备驱动程序也能够告诉系统暂时提高线程的优先级等级。该线程的优先级等级可能提高2级，其当前优先级等级改为1 5。

系统在优先级为1 5时为一个时间片对该线程进行调度。一旦该时间片结束，系统便将线程的优先级递减1，使下一个时间片的线程优先级降为1 4。该线程的第三个时间片按优先级等级1 3来执行。如果线程要求执行更多的时间片，均按它的基本优先级等级1 3来执行。

注意，线程的当前优先级等级决不会低于线程的基本优先级等级。此外，导致线程成为可调度线程的设备驱动程序可以决定优先级等级提高的数量。M i c r o s o f t并没有规定各个设备驱动程序可以给线程的优先级提高多少个等级。这样就使得M i c r o s o f t可以不断地调整线程优先级提高的动态等级，以确定最佳的总体响应性能。

系统只能为基本优先级等级在1至1 5之间的线程提高其优先级等级。实际上这是因为这个范围称为动态优先级范围。此外，系统决不会将线程的优先级等级提高到实时范围（高于1 5）。由于实时范围中的线程能够执行大多数操作系统的函数，因此给等级的提高规定一个范围，就可以防止应用程序干扰操作系统的运行。另外，系统决不会动态提高实时范围内的线程优先级等级。

有些编程人员抱怨说，系统动态提高线程优先级等级的功能对他们的线程性能会产生一种不良的影响，为此M i c r o s o f t增加了下面两个函数，这样就能够使系统的动态提高线程优先级等级的功能不起作用：

BOOL SetProcessPriorityBoost(HANDLE hProcess,
   BOOL DisablePriorityBoost);

BOOL SetThreadPriorityBoost(HANDLE hThread,
   BOOL DisablePriorityBoost);

BOOL GetProcessPriorityBoost(HANDLE hProcess,
   PBOOL pDisablePriorityBoost);

BOOL GetThreadPriorityBoost(HANDLE hThread,
   PBOOL pDisablePriorityBoost);

Windows 98没有提供这4个函数的有用的实现代码。它们全部返回FA L S E，后来对G e t L a s t E r r o r的调用将返回E R R O R _ C A L L _ N O T _ I M P L E M E N T E D。

另一种情况也会导致系统动态地提高线程的优先级等级。比如有一个优先级为4的线程准备运行但是却不能运行，因为一个优先级为8的线程正连续被调度。在这种情况下，优先级为4的线程就非常渴望得到C P U时间。当系统发现一个线程在大约3至4 s内一直渴望得到C P U时间，它就将这个渴望得到C P U时间的线程的优先级动态提高到1 5，并让该线程运行两倍于它的时间量。当到了两倍时间量的时候，该线程的优先级立即返回到它的基本优先级。

7.9.2 为前台进程调整调度程序

当用户对进程的窗口进行操作时，该进程就称为前台进程，所有其他进程则称为后台进程。当然，用户希望他正在使用的进程比后台进程具有更强的响应性。为了提高前台进程的响应性，Wi n d o w s能够为前台进程中的线程调整其调度算法。对于Windows 2000来说，系统可以为前台进程的线程提供比通常多的C P U时间量。这种调整只能在前台进程属于正常优先级类的进程时才能进行。如果它属于其他任何优先级类，就无法进行任何调整。

Windows 2000实际上允许用户对这种调整进行相应的配置。在System Properties（系统属性）对话框的A d v a n c e d选项卡上，用户可以单击Performance Options(性能选项)按钮，打开图7 - 3所示的对话框。

图7-3 Performance Options 对话框

如果用户选择优化应用程序的性能，系统就执行配置的调整。如果用户选择优化后台服务程序的性能，系统就不进行调整。当安装Windows 2000的专业版时，A p p l i c a t i o n s就会被默认选定。对于Windows 2000的所有其他版本，则默认选定Background Services，因为计算机将主要由非交互式用户使用。

当进程移到前台时， Windows 98也会对正常优先级类的进程中的线程调度算法进行调整。当一个优先级为正常的进程移到前台时，系统便将最低、低于正常、正常、高于正常和最高等优先级的线程的优先级提高1，优先级为空闲和关键时间的线程的优先级则不予提高。因此，在正常优先级类的进程中运行的、其相对优先级为正常的线程，它的优先级等级是9而不是8。当进程返回后台时，进程中的线程便自动返回它们定义好的基本优先级等级。

Windows 98 Windows 98没有提供允许用户配置这种调整手段的任何用户界面，因为Windows 98不是作为专用服务器来运行的。

将进程改为前台进程的原因是，使它们能够对用户的输入更快地作出响应。如果不改为前台进程，那么在后台的正常打印进程与在后台接收用户输入的正常进程就会平等地争用C P U时间。用户会发现文本无法在前台应用程序中顺利地显示。但是，由于系统改变了前台进程的线程优先级，前台进程的线程就能对用户的输入更好地作出响应。

7.9.3 Scheduling Lab示例应用程序

使用Scheduling Lab应用程序“ 0 7 S c h e d L a b . e x e”（见后面的清单7 - 1），可以对进程优先级类和相对线程优先级进行操作试验，以了解它们对系统的总体性能产生的影响。该应用程序的源代码和源文件位于本书所附光盘上的0 7 - S c h e d L a b目录中。当启动该程序时，就会出现图7 - 4所示的窗口。

开始时，主线程总是处于繁忙状态，因此C P U的使用量立即跳到1 0 0 %。该主线程连续递增一个数字，并将它添加给右边的列表框。这个数字并没有任何意义，它只是显示线程正在忙于进行什么操作。若要了解线程调度对系统会产生什么实际影响，建议至少要同时运行该示例应用程序的两个实例，看一看改变一个实例的优先级会对另一个实例带来的影响。也可以运行Ta s kM a n a g e r，以便监控所有实例的C P U使用量。

当进行这些测试时，C P U的使用量开始时将上升为1 0 0 %，该应用程序的所有实例将获得大约相等的C P U时间（Task Manager应该显示应用程序的所有实例大致相同的C P U使用量百分比）。

图7-4 进程优先级类和相对线程优先级的试验窗口

如果将一个实例的优先级类改为高于正常或高优先级类，那么应该看到它得到了大部分的C P U使用量。而其他实例中的数字滚动则没有规律。但是其他实例的数字不会完全停止滚动，因为系统将为渴求C P U时间的线程自动执行优先级的动态提高。不管怎样，可以随意调整优先级类和相对线程优先级，以了解它们对其他实例的影响。我有目的地对Scheduling Lab应用程序进行了编码，这样就无法将进程改为实时优先级类，这可以防止操作系统线程的不正常的运行。如果想要试用实时优先级，必须自己修改源代码。

可以使用S l e e p域，使主线程在0到9 9 9 9之间的任意毫秒内无法调度。请试用这项功能，并观察传递仅为1 m s的睡眠值时可以重新获得多少C P U时间。在我的300MHz Pentium II笔记本电脑上，我赢得了9 9 %的C P U时间。

单击S u s p e n d（暂停）按钮，可使主线程产生一个子线程。这个子线程能够暂停主线程的运行，并显示图7 - 5所示的消息框。

图7-5 消息框

当这个消息框显示时，主线程将完全暂停运行，并且不使用任何C P U时间。子线程也不使用任何C P U时间，因为它是在等待用户执行某种操作。当消息框显示时，可以将它移到应用程序的主窗口，然后将它移开，这样就能够看到主窗口。由于主线程已经暂停运行，因此主窗口将无法接收任何窗口消息（包括W M _ PA I N T）。这证明该线程已经暂停运行。当关闭该消息框时，主线程就恢复运行，C P U使用量回到1 0 0 %。

若要再进行一次试验，请打开前一节介绍的Performance Options对话框，将A p p l i c a t i o n改为Background Services，或者将Background Services改为A p p l i c a t i o n。然后打开S c h e d L a b程序的多个实例，将它们全部设置为正常优先级类，并激活其中的一个，使之成为一个前台进程。这时就能够看到性能的设置对前台/后台进程产生的影响。

清单7-1 SchedLab示例应用程序

/******************************************************************************
Module:  SchedLab.cpp
Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter
******************************************************************************/


#include "..\CmnHdr.h"     /* See Appendix A. */
#include <windowsx.h>
#include <tchar.h>
#include <process.h>       // For _beginthreadex
#include "Resource.h"


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


DWORD WINAPI ThreadFunc(PVOID pvParam) {

   HANDLE hThreadPrimary = (HANDLE) pvParam;
   SuspendThread(hThreadPrimary);
   chMB(
      "The Primary thread is suspended.\n"
      "It no longer responds to input and produces no output.\n"
      "Press OK to resume the primary thread & exit this secondary thread.\n");
   ResumeThread(hThreadPrimary);
   CloseHandle(hThreadPrimary);

   // To avoid deadlock, call EnableWindow after ResumeThread.
   EnableWindow(
      GetDlgItem(FindWindow(NULL, TEXT("Scheduling Lab")), IDC_SUSPEND), 
      TRUE);
   return(0);
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


BOOL Dlg_OnInitDialog (HWND hwnd, HWND hwndFocus, LPARAM lParam) {
   
   chSETDLGICONS(hwnd, IDI_SCHEDLAB);

   // Initialize process priority classes
   HWND hwndCtl = GetDlgItem(hwnd, IDC_PROCESSPRIORITYCLASS);

   int n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("High"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, HIGH_PRIORITY_CLASS);

   // Save our current priority class
   DWORD dwpc = GetPriorityClass(GetCurrentProcess());

   if (SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS)) {

      // This system supports the BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS class

      // Restore our original priority class
      SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), dwpc);

      // Add the Above Normal priority class
      n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Above normal"));
      ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS);

      dwpc = 0;  // Remember that this system supports below normal
   }

   int nNormal = n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Normal"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, NORMAL_PRIORITY_CLASS);

   if (dwpc == 0) {

      // This system supports the BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS class

      // Add the Below Normal priority class
      n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Below normal"));
      ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS);
   }

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Idle"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, IDLE_PRIORITY_CLASS);

   ComboBox_SetCurSel(hwndCtl, nNormal);

   // Initialize thread relative priorities
   hwndCtl = GetDlgItem(hwnd, IDC_THREADRELATIVEPRIORITY);
   
   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Time critical"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL);

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Highest"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_HIGHEST);

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Above normal"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL);

   nNormal = n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Normal"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_NORMAL);

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Below normal"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL);

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Lowest"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_LOWEST);

   n = ComboBox_AddString(hwndCtl, TEXT("Idle"));
   ComboBox_SetItemData(hwndCtl, n, THREAD_PRIORITY_IDLE);

   ComboBox_SetCurSel(hwndCtl, nNormal);

   Edit_LimitText(GetDlgItem(hwnd, IDC_SLEEPTIME), 4);   // Maximum of 9999
   return(TRUE);
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


void Dlg_OnCommand (HWND hwnd, int id, HWND hwndCtl, UINT codeNotify) {

   switch (id) {
      case IDCANCEL:
         PostQuitMessage(0);
         break;

      case IDC_PROCESSPRIORITYCLASS:
         if (codeNotify == CBN_SELCHANGE) {
            SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), (DWORD)
               ComboBox_GetItemData(hwndCtl, ComboBox_GetCurSel(hwndCtl)));
         }
         break;

      case IDC_THREADRELATIVEPRIORITY:
         if (codeNotify == CBN_SELCHANGE) {
            SetThreadPriority(GetCurrentThread(), (DWORD)
               ComboBox_GetItemData(hwndCtl, ComboBox_GetCurSel(hwndCtl)));
         }
         break;

      case IDC_SUSPEND:
         // To avoid deadlock, call EnableWindow before creating
         // the thread which calls SuspendThread.
         EnableWindow(hwndCtl, FALSE);

         HANDLE hThreadPrimary;
         DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), GetCurrentThread(), 
            GetCurrentProcess(), &hThreadPrimary, 
            THREAD_SUSPEND_RESUME, FALSE, DUPLICATE_SAME_ACCESS);
         DWORD dwThreadID;
         CloseHandle(chBEGINTHREADEX(NULL, 0, ThreadFunc, 
            hThreadPrimary, 0, &dwThreadID));
         break;
   }
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


INT_PTR WINAPI Dlg_Proc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

   switch (uMsg) {
      chHANDLE_DLGMSG(hwnd, WM_INITDIALOG, Dlg_OnInitDialog);
      chHANDLE_DLGMSG(hwnd, WM_COMMAND,    Dlg_OnCommand);
   }

   return(FALSE);
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


int WINAPI _tWinMain(HINSTANCE hinstExe, HINSTANCE, PTSTR pszCmdLine, int) {

   HWND hwnd = 
      CreateDialog(hinstExe, MAKEINTRESOURCE(IDD_SCHEDLAB), NULL, Dlg_Proc);
   BOOL fQuit = FALSE;

   while (!fQuit) {
      MSG msg;
      if (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)) {

         // IsDialogMessage allows keyboard navigation to work properly.
         if (!IsDialogMessage(hwnd, &msg)) {

            if (msg.message == WM_QUIT) {
               fQuit = TRUE;  // For WM_QUIT, terminate the loop.
            } else {
               // Not a WM_QUIT message. Translate it and dispatch it.
               TranslateMessage(&msg);
               DispatchMessage(&msg);
            }
         }  // if (!IsDialogMessage())
      } else {

         // Add a number to the listbox
         static int s_n = -1;
         TCHAR sz[20];
         wsprintf(sz, TEXT("%u"), ++s_n);
         HWND hwndWork = GetDlgItem(hwnd, IDC_WORK);
         ListBox_SetCurSel(hwndWork, ListBox_AddString(hwndWork, sz));

         // Remove some strings if there are too many entries
         while (ListBox_GetCount(hwndWork) > 100)
            ListBox_DeleteString(hwndWork, 0);

         // How long should the thread sleep
         int nSleep = GetDlgItemInt(hwnd, IDC_SLEEPTIME, NULL, FALSE);
         if (chINRANGE(1, nSleep, 9999))
            Sleep(nSleep);
      }
   }
   DestroyWindow(hwnd);
   return(0);
}


//////////////////////////////// End of File //////////////////////////////////

//Microsoft Developer Studio generated resource script.
//
#include "resource.h"

#define APSTUDIO_READONLY_SYMBOLS
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// Generated from the TEXTINCLUDE 2 resource.
//
#include "afxres.h"

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#undef APSTUDIO_READONLY_SYMBOLS

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// English (U.S.) resources

#if !defined(AFX_RESOURCE_DLL) || defined(AFX_TARG_ENU)
#ifdef _WIN32
LANGUAGE LANG_ENGLISH, SUBLANG_ENGLISH_US
#pragma code_page(1252)
#endif //_WIN32

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// Dialog
//

IDD_SCHEDLAB DIALOGEX 0, 0, 209, 70
STYLE DS_3DLOOK | DS_CENTER | WS_MINIMIZEBOX | WS_VISIBLE | WS_CAPTION | 
    WS_SYSMENU
EXSTYLE WS_EX_NOPARENTNOTIFY | WS_EX_CLIENTEDGE
CAPTION "Scheduling Lab"
FONT 8, "MS Sans Serif"
BEGIN
    LTEXT           "&Process priority class:",IDC_STATIC,4,6,68,8
    COMBOBOX        IDC_PROCESSPRIORITYCLASS,84,4,72,80,CBS_DROPDOWNLIST | 
                    WS_TABSTOP
    LTEXT           "&Thread relative priority:",IDC_STATIC,4,20,72,8
    COMBOBOX        IDC_THREADRELATIVEPRIORITY,84,18,72,76,CBS_DROPDOWNLIST | 
                    WS_TABSTOP
    LTEXT           "Sleep (0 to 9999 &ms):",IDC_STATIC,4,36,68,8
    EDITTEXT        IDC_SLEEPTIME,84,34,32,14,ES_NUMBER
    PUSHBUTTON      "&Suspend",IDC_SUSPEND,4,52,49,14
    LISTBOX         IDC_WORK,160,4,48,60,NOT LBS_NOTIFY | 
                    LBS_NOINTEGRALHEIGHT | LBS_NOSEL | WS_TABSTOP
END


/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// DESIGNINFO
//

#ifdef APSTUDIO_INVOKED
GUIDELINES DESIGNINFO DISCARDABLE 
BEGIN
    IDD_SCHEDLAB, DIALOG
    BEGIN
        LEFTMARGIN, 7
        RIGHTMARGIN, 202
        TOPMARGIN, 7
        BOTTOMMARGIN, 63
    END
END
#endif    // APSTUDIO_INVOKED


#ifdef APSTUDIO_INVOKED
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// TEXTINCLUDE
//

1 TEXTINCLUDE DISCARDABLE 
BEGIN
    "resource.h\0"
END

2 TEXTINCLUDE DISCARDABLE 
BEGIN
    "#include ""afxres.h""\r\n"
    "\0"
END

3 TEXTINCLUDE DISCARDABLE 
BEGIN
    "\r\n"
    "\0"
END

#endif    // APSTUDIO_INVOKED


/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// Icon
//

// Icon with lowest ID value placed first to ensure application icon
// remains consistent on all systems.
IDI_SCHEDLAB            ICON    DISCARDABLE     "SchedLab.ico"
#endif    // English (U.S.) resources
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#ifndef APSTUDIO_INVOKED
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// Generated from the TEXTINCLUDE 3 resource.
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#endif    // not APSTUDIO_INVOKED

按照默认设置，当系统将线程分配给处理器时， Windows 2000使用软亲缘性来进行操作。这意味着如果所有其他因素相同的话，它将设法在它上次运行的那个处理器上运行线程。让线程留在单个处理器上，有助于重复使用仍然在处理器的内存高速缓存中的数据。

有一种新的计算机结构，称为N U M A（非统一内存访问），在该结构中，计算机包含若干块插件板，每个插件板上有4个C P U和它自己的内存区。图7 - 6显示了一台配有3块插件板的计算机，总共有1 2个C P U，这样，任何一个线程都可以在1 2个C P U中的任何一个上运行。

图7-6 NUMA 计算机结构示意图

当C P U访问的内存是它自己的插件板上的内存时， N U M A系统运行的性能最好。如果C P U需要访问位于另一个插件板上的内存时，性能就会大大降低。在这样的环境中，就需要来自一个进程中的线程在CPU 0至3上运行，让另一个进程中的线程在CPU 4至7上运行，依次类推。为了适应这种计算机结构的需要，Windows 2000允许设置进程和线程的亲缘性。换句话说，可以控制哪个C P U能够运行某些线程。这称为硬亲缘性。

计算机在引导时，系统要确定机器中有多少个C P U可供使用。通过调用G e t S y s t e m I n f o函数（第1 4章介绍），应用程序就能查询机器中的C P U数量。按照默认设置，任何线程都可以调度到这些C P U中的任何一个上去运行。为了限制在可用C P U的子集上运行的单个进程中的线程数量，可以调用S e t P r o c e s s A ff i n i t y M a s k：

BOOL SetProcessAffinityMask(HANDLE hProcess,
   DWORD_PTR dwProcessAffinityMask);

注意，子进程可以继承进程的亲缘性。因此，如果一个进程的亲缘性屏蔽是0 x 0 0 0 0 0 0 0 5，那么它的子进程中的任何线程都拥有相同的位屏蔽，并共享相同的C P U。此外，可以使用作业内核对象将一组进程限制在要求的一组C P U上运行。

当然，还有一个函数也能够返回进程的亲缘性位屏蔽，它就是G e t P r o c e s s A ff i n i t y M a s k，如下面的代码所示：

BOOL GetProcessAffinityMask(HANDLE hProcess,
   PDWORD_PTR pdwProcessAffinityMask,
   PDWORD_PTR pdwSystemAffinityMask);

Windows 98 无论计算机中实际拥有多少个C P U，Windows 98只使用一个C P U。因此，G e t P r o c e s s A ff i n i t y M a s k总是用1填入两个变量中。

到现在为止，已经介绍了如何将进程的多个线程限制到一组C P U上去运行。有时可能想要将进程中的一个线程限制到一组C P U上去运行。例如，可能有一个包含4个线程的进程，它们在拥有4个C P U的计算机上运行。如果这些线程中的一个线程正在执行非常重要的操作，而你想增加某个C P U始终可供它使用的可能性，为此你对其他3个线程进行了限制，使它们不能在CPU 0上运行，而只能在CPU 1、2和3上运行。

通过调用S e t T h r e a d A ff i n i t y M a s k，就能为各个线程设置亲缘性屏蔽：

DWORD_PTR SetThreadAffinityMask(HANDLE hThread,
   DWORD_PTR dwThreadAffinityMask);

//Thread 0 can only run on CPU 0.
SetThreadAffinityMask(hThread0, 0x00000001);

//Threads 1, 2, 3 run on CPUs 1, 2, 3.
SetThreadAffinityMask(hThread1, 0x0000000E);
SetThreadAffinityMask(hThread2, 0x0000000E);
SetThreadAffinityMask(hThread3, 0x0000000E);

当一个x 8 6系统引导时，系统要执行相应的代码，以便测定主机上的哪些C P U遇到了著名的P e n t i u m浮点错误。系统必须为每个C P U测试其浮点错误，方法是将线程的亲缘性设置为第一个C P U，执行潜在的故障分割操作，并将结果与已知的正确答案进行比较。然后对下一个C P U进行上述同样的操作，如此等等。

注意在大多数环境中，改变线程的亲缘性就会影响调度程序有效地在各个C P U之间移植线程的能力，而这种能力可以最有效地使用C P U时间。表7 - 9显示了一个例子。

表7-9 线程的亲缘性示例

当线程A被唤醒时，调度程序发现该线程可以在CPU 0上运行，因此它被分配给CPU 0。然后线程B被唤醒，调度程序发现该线程可以被分配给CPU 0或1，但是，由于CPU 0正在使用之中，因此调度程序将线程B分配给了CPU 1。至此，一切进行得都很顺利。

这时线程C被唤醒，调度程序发现它只能在CPU 1上运行。但是CPU 1正在被线程B使用着，它是个优先级为8的线程。由于线程C的优先级为6，因此它不能抢在线程B的前面运行。线程C可以抢在线程A的前面运行，因为线程A的优先级是4，但是调度程序不会使它抢在线程A的前面运行，因为线程C不能在CPU 0上运行。

这显示出为线程设置硬亲缘性将会对调度程序的优先级设置方案产生什么样的影响。

有时强制将一个线程分配给特定的C P U的做法是不妥当的。例如，有3个线程都只能在CPU 0上运行，而CPU 1、2和3则闲着无事可做。在这种情况下，如果告诉系统想让一个线程在某个C P U上运行，但是允许该线程在可能的情况下移到另一个C P U上去运行，那么这种办法会更好些。

若要为线程设置一个理想的C P U，可以调用S e t T h r e a d I d e a l P r o c e s s o r :

DWORD SetThreadIdealProcessor(HANDLE hThread,
   DWORD dwIdealProcessor);

也可以在一个可执行文件的头上设置处理器亲缘性。奇怪的是，似乎不存在它的链接程序开关，不过可以使用类似下面的代码：

// Load the EXE into memory.
PLOADED_IMAGE pLoadedImage = 
   ImageLoad(szExeName, NULL);

//Get the current load configuration information
//for the EXE.

IMAGE_LOAD_CONFIG_DIRECTORY ilcd;
GetImageConfigInformation(pLoadedImage, &ilcd);

//Change the processor affinity mask.
//I desire CPUs 0 and 1
ilcd.ProcessAffinityMask = 0x00000003; 

//Save the new load configuration information.
SetImageConfigInformation(pLoadedImage, &ilcd);

//Unload the EXE from memory.
ImageUnload(pLoadedImage);

usage: IMAGECFG [switches] image-names...
              [-?] display this message
              [-a Process Affinity mask value in hex]
              [-b BuildNumber]
              [-c Win32 GetVersionEx Service Pack return value in hex]
              [-d decommit thresholds]
              [-g bitsToClear bitsToSet]
              [-h 1|0 (Enable/Disable Terminal Server Compatible bit)
              [-k StackReserve[.StackCommit]	
              [-l enable large (>2GB) adresses
              [-m maximum allocation size]
              [-n bind no longer allowed on this image
              [-o default critical section timeout
              [-p process heap flags]
              [-q only print config info if changed
              [-r run with restricted working set]
              [-s path to symbol files]
              [-t VirtualAlloc threshold]
              [-u Marks image as uniprocesor only]
              [-v MajorVersion.MinorVersion]
              [-w Win32 GetVersion return value in hex]
              [-x Mark image as Net - Run From Swapfile
              [-y Mark image as Removable - Run From Swapfile

最后，Windows 2000的Task Manager允许用户改变进程的C P U亲缘性，方法是选定一个进程，显示它的上下文菜单。如果在多处理器计算机上运行， 会看到一个S e tA ff i n i t y菜单项（该菜单项在单处理器计算机中没有）。当选择该菜单项时，会看到图7 - 7所示的对话框，在这个对话框中，可以选定进程中的线程能够在上面运行的C P U。

图7-7 CPU 亲缘性对话框

Windows 2000 当Windows 2000在x 8 6计算机上引导时，可以限制系统能够使用的C P U的数量。在引导过程中，系统要查看称为B o o t . i n i的文件，该文件位于引导驱动器的根目录中。下面是我的双处理器计算机上的B o o t . i n i文件：

[boot loader]
timeout=2
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT
[operating systems]
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT="Windows 2000 Server"
/fastdetect
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT="Windows 2000 Server"
/fastdetect /NumProcs=1

注意，由于只考虑到打印方面的需要，因此上面的程序清单中的各个选项都是在单独的一行上列出的。B o o t . i n i文件要求各个选项和到达根分区的A R C路径必须出现在一行上。

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