Bruno Affonso
Diego Chiquito
Ruan Berté
Escalonador

 O código de Escalonamento no Windows é
implementado no Kernel.
 A rotina que desempenha as tarefas do Escalonador
é chamado de Despachador do Kernel.
 Determina qual Thread deve ser executada.
 Troca de contexto: salva o estado da Thread em
execução > carregar o estado de outra Thread > e
iniciar a execução desta nova Thread.
Escalonador

 O Windows escalona usando as threads.
 Processos não executam, apenas fornecem recursos e
um contexto para a execução das suas Threads.
 Se um processo A tiver 10 Threads executáveis, um
Processo B tiver 2 Threads executáveis, e todas as 12
Threads estiverem na mesma prioridade, cada
Thread teoricamente receberia 1/12 do tempo da
CPU (Windows não daria 50% do tempo da CPU
para o processo A e 50% para o processo B).
Trocas de Contexto

 O escalonador mantém uma fila de Threads
executáveis para cada nível de prioridade. Estas são
chamadas ready Threads (threads prontas). Quando
o processador se torna disponível, o sistema realiza a
troca de contexto.
 Salva contexto da Thread que acabou de ser
executada > coloca a Thread que acabou de terminar
sua execução no final da fila de sua prioridade >
encontra a fila de maior prioridade que contém
ready Threads > retira a Thread no início da fila,
carregar seu contexto, e executa.
Níveis de Prioridade

 As Threads são programadas para executar baseadas na
sua Prioridade.
 Os níveis de prioridade vão de 1 a 15 (menor prioridade)
e de 16 a 31 (maior prioridade).
 O sistema trata todas as threads que possuem a mesma
prioridade como iguais.
 O sistema atribui frações de tempo para as threads de
maior prioridade.
 Se nenhuma delas estiver pronta para executar, são
atribuídas fatias de tempo para as próximas threads de
maior prioridade.
Níveis de Prioridade

 Se uma thread de maior prioridade ficar disponível
para execução, o sistema deixa de executar a thread
de prioridade baixa (sem deixar que ela termine de
usar seu tempo), e atribui uma fatia de tempo
completa para a thread de maior prioridade.
 A prioridade de cada thread é determinada pelos
seguintes critérios:
 A classe de prioridade do processo;
 O nível de prioridade da thread dentro da classe de
prioridade do seu processo.
Aumento de Prioridade

 Cada thread tem uma prioridade dinâmica, esta
prioridade é usada pelo escalonador para determinar
qual thread executar.
 O sistema pode aumentar e diminuir a prioridade
dinâmica para assegurar que esta thread seja
executada.
 As threads com prioridade base entre 16 e 31(tempo
real) não sofrem aumento de prioridade por parte do
sistema, apenas threads com prioridade base entre 1
e 15 recebem aumento dinâmico de prioridade.
Aumento de Prioridade

 Depois de elevar a prioridade dinâmica de uma
thread, o escalonador reduz sua prioridade em um
nível toda vez que a thread usa completamente sua
fatia de tempo, até que a thread volte a sua
prioridade base.
 A intenção desses ajustes é tentar prover uma
capacidade de resposta mais justa possível nos
cenários de escalonamento, mas como qualquer
algoritmo de escalonamento, estes ajustes não são
perfeitos e nem sempre beneficia todas as aplicações.
Aumento de Prioridade

 Tem-se uma thread de prioridade 7 que está em
execução, impedindo uma thread de prioridade 4 de
receber tempo da CPU entretanto, uma thread de
prioridade 11 está esperando por algum recurso que
a thread de prioridade 4 bloqueou. Mas como a
thread de prioridade 7 está tomando todo o tempo
da CPU, a thread de prioridade 4 nunca irá executar
por tempo suficiente para terminar o que quer que
ela esteja fazendo e disponibilizar o recurso que
bloqueia a thread de prioridade 11. Como o
Windows lida com essa situação?
Balance Set Manager

 Uma vez por segundo, o "Gerenciador de Equilíbrio"
(Balance Set Manager), uma thread de sistema que
existe principalmente para realizar funções de
gerenciamento de memória, procura filas prontas de
quaisquer threads que estiveram em estado de
"pronto" (isto é, que não executaram ainda) por 4
segundos.
 Se ele encontrar essa thread, o Gerenciador de
Equilíbrio aumenta a prioridade da thread para 15.
Balance Set Manager

 Uma vez que a thread for executada, a prioridade é
imediatamente reduzida para sua prioridade base
original. Se a thread não houver terminado e uma
thread de prioridade maior estiver pronta para
executar, a thread que foi reduzida volta para a fila
"pronta", onde, novamente, esta fica disponível para
um novo aumento se ficar lá (na fila) por mais 4
segundos.
Balance Set Manager

 O Gerenciador de Equilíbrio não verifica realmente
todas as threads sempre que é executado. Para
minimizar o tempo de CPU utilizado, ele verifica
somente 16 threads prontas, se houver mais threads
naquele nível de prioridade, ele se lembra onde
parou e inicia o próximo passo.
 Além disso, ele aumentará apenas dez threads em
cada passagem - se ele encontrar dez threads que
mereçam esse aumento, ele para a verificação
naquele ponto e inicia na próxima passagem.
Preempção

 Nesse cenário de escalonamento, uma thread com
prioridade menor é interrompida quando uma
thread com prioridade maior fica pronta para
executar.
 Quando uma thread é interrompida, ela é posta no
começo da fila de threads prontas para a prioridade
que estava executando.
Estados de uma Thread

 Inicializado: uma thread começa no estado inicializado
durante sua criação.
 Pronto: uma vez criada, entra no estado Pronto, nesse
estado as threads estão esperando para usar um
processador.
 Reserva: a thread entra no estado de reserva quando o
despachador decide em qual processador será executada,
aguardando a sua vez por aquele processador.
 Execução: uma vez obtido o processador a thread entra
em estado de Execução.
Estados de uma Thread

 Terminado: quando a thread termina de executar.
 Espera: estado em que a thread precisa de alguma
entrada ou saída.
 Transição: quando a thread concluir sua espera, ou ela
volta para o estado pronto ou entra no estado de
transição. A pilha de núcleo de uma thread no estado de
transição foi paginada para fora da memória (por
exemplo, porque não executou por um período de tempo
e o sistema precisou de memória para outros propósitos).
 Desconhecido: o sistema coloca uma thread no estado
desconhecido quando não está seguro do estado da
thread (usualmente devido a um erro)
Thread Pools

 Corta despesas compartilhando e reciclando threads.
 Mantém limite sobre o número de threads ativas.
 Provê gerenciamento das threads de trabalho.
POSIX vs. Windows

 Pthreads-w32 – Diferenças:
 Tipos de dados como pthread_thread_t, pthread_mutex_t,
e pthread_cond_t, são todos utilizados como HANDLE no
Win32.
 Só há uma função necessária para fazer uma thread
bloquear enquanto espera por um
objeto: WaitForSingleObject. Portanto, somente um
conjunto de parâmetros necessita ser conhecido,
independente se o código está esperando em uma thread,
um mutex, um semáforo, ou um evento.
 No POSIX, se uma thread sinaliza uma condição, e não há
uma thread esperando, o sinal é perdido. No Windows, se
um evento é sinalizado, a thread continua sinalizando até
que o evento seja alterado.
Windows Vista

 Mudanças no kernel
Figura 1
Figura 2
Windows Vista e 7

 Thread Pool modo Usuário
Windows 8

Thread Pool melhorada:
 Inserção de Heurística;
 Possível atraso na criação de novas threads;
 Prevenção de thread explosion.
Windows CE e Mobile

 Como um sistema operacional de multiprocessamento
preemptivo, o Windows CE suporta até 32 processos
rodando simultaneamente no sistema.
 Windows CE o Windows Mobile provêm 256 níveis de
prioridade para as threads. Para assinalar níveis de
prioridade, o Windows CE
usa CeSetThreadPriority and CeGetThreadPriorityfun
ctions.
 CeSetThreadPriority define a prioridade para uma específica
thread.
 CeGetThreadPriority retorna 0 (zero) como a maior prioridade e
255 como a menor.
Referências

 http://www.albahari.com/threading/
 https://msdn.microsoft.com/enus/library/windows/desktop/ms686760(v=vs.85).aspx
 http://jmhartsoftware.com/opensource.htm
 https://software.intel.com/en-us/blogs/2006/10/19/whywindows-threads-are-better-than-posix-threads
 https://technet.microsoft.com/ptbr/magazine/2007.02.vistakernel.aspx
 http://channel9.msdn.com/Shows/Going+Deep/InsideWindows-8-Pedro-Teixeira-Thread-pool
 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa450600.aspx
 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa911506.aspx