CN1605988A - 增强调度线程的优先级引导的系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种增强调度线程的优先级引导的系统、设备和方法。如果正由第二CPU执行，第二线程确定其需要等待锁定被调度为由第一CPU执行的第一线程占据的共享资源，则第二线程通过在其优先级高于第一线程的优先级情况下将第二线程的较高优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级。此外，为了增强第一线程的优先级引导，第二线程将第一线程重新调度为由第二CPU处理。通过在第二CPU上被重新调度，第二线程可以被调度为此后立即执行。

Description

增强调度线程的优先级引导的系统、设备和方法
技术领域
本发明涉及计算机系统中的资源分配。具体地说，本发明涉及一种增强调度线程(scheduled thread)的优先级引导的系统、设备和方法。
背景技术
在任意给定的处理时间，在计算机系统的处理器或CPU上都可能存在多个等待执行的过程或线程。为了最佳利用系统的CPU，需要采用将用于执行的过程或线程进行适当排队的有效机制。被大多数计算机系统用来完成该任务的机制是调度程序。
要注意过程是一种程序。在执行程序时，将该程序不确切地称为任务。在大多数操作系统中，任务和程序之间存在一对一的关系。但是，某些操作系统允许将一个程序分为多个任务或线程。这样的系统称为多线程操作系统。为简单起见，在此可互换地使用线程和过程。
调度程序是一种对计算机系统的共享资源(例如CPU)的使用进行协调的软件程序。调度程序在这样做的时候，通常采用诸如先进先出(即FIFO)、循环复用(round robin)或后进先出(LIFO)、优先级队列、树等算法或其中的组合。基本上，如果计算机系统具有3个CPU(CPU1，CPU2和CPU3)，则每个CPU将因此具有准备处理的队列或运行队列。如果用于给运行队列分配过程的算法是循环复用算法，并且如果将所创建的最后一个过程分配给与CPU2关联的队列，则所创建的下一个过程将分配给CPU3的队列。然后，将下一个创建的过程分配给与CPU1关联的队列等等。由此，将调度程序设计为使每个过程公平地共享计算机系统的资源。
例如，有时系统管理员可能希望不同的过程来接收不同的CPU共享时间。在这种情况下，工作负荷管理器(WLM)与调度程序结合使用。WLM给每个过程分配优先级数。一个过程每次消耗一些CPU时间时，其优先级数就减少。该机制允许具有较低优先级数的过程也能接收一些CPU时间。
当一个过程正被CPU处理并由于某个原因而需要在处理之前等待一个事件的发生时，为效率起见，该过程可能将其在CPU上的其余机会让给另一个过程而进入休眠。如果该过程锁定了共享的内核资源，它在进入休眠之前不会放弃该锁定。例如，当第一过程正使用诸如缓冲器的共享内核资源时，它将锁定该缓冲器以防止任何其它过程使用该缓冲器。如果第一过程正执行盘输入/输出(I/O)，则它可以允许另一个过程使用CPU，并在完成盘I/O的同时进入休眠。一旦盘I/O完成，第一过程就可以醒来。如果具有较高优先级数的第二过程需要同时使用该缓冲器，则它需要等待一段时间，直到第一过程获得一些CPU时间来完成其任务并释放对该缓冲器的锁定。
为了减少第二过程可能需要等待的时间，采用了优先级引导。当具有较高优先级数的第二过程将其优先级数传递给具有较低优先级数、且锁定所需要的共享资源的第一过程，以增加第一过程成为下一个被选为接收一定CPU时间的过程的可能性时，就发生优先级引导。如后面将要解释的，尽管现在第一过程具有较高的优先级数，如果当前还有另一个过程正在使用CPU，则第一过程还是不能马上获得CPU。
因此，需要用于增强优先级引导的系统和方法，使得锁定共享资源、且其优先级已被引导的过程可以尽快获得一些CPU时间。
发明内容
本发明提供了一种增强调度线程的优先级引导的系统、设备和方法。如果正由第二CPU执行，第二线程确定自己必须等待锁定被调度为由第一CPU执行的第一线程占据的共享资源，则第二线程可以在其优先级高于第一线程优先级的情况下通过将其优先级传递给第一线程而引导第一线程的优先级。此外，为了增强第一线程的优先级引导，第二线程可以将第一线程重新调度为由第二CPU处理。通过在第二CPU上重新调度，将第二线程调度为随后立即执行。
附图说明
在所附权利要求中说明了本发明的新颖性特点。通过参考下面结合附图对实施例的详细描述，可以最佳理解本发明自身以及优选使用模式、其它目的和优点，其中：
图1a示出多处理器计算机系统的运行队列。
图1b示出在调度了Th1之后多处理器系统的运行队列。
图1c示出在调度了Th4之后多处理器的运行队列。
图1d示出在调度了Th2之后多处理器的运行队列。
图1e示出在将醒来的Th1放入CPU1的运行队列之后多处理器的运行队列。
图1f示出在Th1释放了TH2所需的锁定(即TH2已醒来)之后、并假定TH2的优先级仍然高于TH5的优先级时多处理器的运行队列。
图2是可以用于实施本发明的过程的流程图。
图3是实施本发明的数据处理系统的框图。
具体实施方式
参考附图，图1a示出多处理器计算机系统的运行队列。计算机系统包含3个处理器，CPU0 110、CPU1 112、CPU2 114。CPU0 110具有运行队列102。线程TH1、TH4、TH7等调度为在CPU0 110上运行，并由此在运行队列102中。类似的，CPU1 112具有运行队列103，其中放置了调度为在CPU1 112上运行的线程TH2、TH5等，并且CPU2 114具有运行队列104，其中放置了调度为在CPU2 114上运行的线程TH3、TH6等。将这些线程调度为按照它们在运行队列中的次序执行，除非在运行队列中放置了更高优先级的新线程。
当CPU0 110准备好处理TH1时，将TH1调度为执行。现在，假定TH1的任务是将数据加载到缓冲器(未示出)中，则TH1锁定该缓冲器，以防止其它线程使用该缓冲器。由于盘I/O是相对较慢的过程，因此当正在执行盘I/O时，TH1可以进入休眠，并放弃CPU0 110。由于TH1当前没有使用CPU0 110，因此TH4现在可以调度为由CPU0 110处理。进一步假定TH2在CPU1 112上被调度并需要使用缓冲器，因此不处理TH2，因为TH2需要等待TH1释放对缓冲器的锁定。TH1为了释放该锁定，需要首先获得一些处理时间。为了完成其任务并释放对缓冲器的锁定，TH1可以从计算机系统中的任何可用处理器那里接收处理时间。但是，为了解释本发明的缘故，假定TH1需要在CPU0 110上接收一些处理时间。因此，TH1在其可以继续之前可能需要等待，直到TH4获得其在CPU0 110上的处理机会为止。
如前所述，为了增加在TH4获得CPU0时间的共享之后使TH1成为下一个被选为在CPU0 110上运行的线程的可能性，可以采用优先级引导。在这种情况下，当TH2意识到它需要等待TH1释放锁定时，TH2将其优先级数传递给TH1。但问题是，除非CPU0 110正在执行可以注意到优先级引导的核心代码，否则当发生时间片中断时，CPU0 110在此后的最大10毫秒(ms)内不能注意到优先级引导。在大多数基于Unix的系统中，时间片中断周期性地发生(例如每10ms)，并由内核用于检查在CPU处理具有较低优先级的线程时具有较高优先级的线程是否准备好运行。
为了继续上述例子，在线程TH1接收了优先级引导之后，它可能仍然需要在由CPU0 110再次处理之前等待最大10ms。在计算机系统中10ms是很长的时间。本发明提供一种可用于增强调度线程的优先级引导的算法。
根据本发明，在将其优先级传递给TH1之后，TH2还可以通过在其进入休眠之前将TH1放入CPU1的运行队列中来将TH2的CPU时间交给TH1。根据这一优先级，如果TH1已经醒来(即盘I/O已完成)，则它可以在进入CPU1的运行队列之后立即调度为执行。由此，下一个调度为在CPU1上运行的线程TH5现在需要在调度为执行之前等待。
图1b示出在调度TH1之后多处理器系统的运行队列。图1c示出在调度了Th4之后多处理器的运行队列。图1d示出在调度了Th2之后多处理器的运行队列。图1e示出在将醒来的Th1放入CPU1 112的运行队列之后多处理器的运行队列。
图1f示出在Th1释放了锁定(即TH2已醒来)之后、并假定TH2的优先级仍然高于TH5的优先级时多处理器的运行队列。
图2是可以用于实施本发明的过程的流程图。该过程在将一个线程(即第二线程)调度给第二CPU执行时开始(步骤200和202)。如果正在执行，第二线程意识到需要锁定正由第一线程占据的共享资源，第二线程可以检查第一线程是否具有低于自己的优先级。如果是，则第二线程可以通过将它自己的优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级。这样，第一线程可以更快地调度为执行。在将其优先级传递给第一线程之后，第二线程可以再次检查第一线程是调度为在第一CPU上或在第二CPU上运行。如果将第一线程调度为在第一CPU上运行，则在过程结束之前可以将第一线程重新调度为在第二CPU上执行(步骤204、208、210、212、214和216)。
如果第二线程不需要锁定共享资源，或如果第二线程不具有比第一线程更高的优先级，或如果将第一线程调度为由第二CPU处理，则过程可以在结束前按惯常继续(分别是步骤204、206和216或208、206和216或212、206和216)。
图3是实施本发明的数据处理系统的框图。数据处理系统300可以是对称多处理器(SMP)系统，其包括多个连接到系统总线306的处理器302、303和304。向本地存储器309提供接口的存储控制器/高速缓存308也连接到系统总线306。I/O总线桥310连接到系统总线306，并向I/O总线312提供接口。可如图所示集成存储控制器/高速缓存308和I/O总线桥310。
连接到I/O总线312的周边元件扩展接口(PCI)总线桥314向PCI本地总线216提供接口。多个调制解调器可以连接到PCI本地总线316。典型的PCI总线实现可以支持4个PCI扩展槽或附件连接器。可以通过经由附件连接器板连接到PCI本地总线316的调制解调器318和网络适配器320提供网络通信。附加PCI总线桥322和324向附加PCI本地总线326和328提供接口，可以从该接口支持附加调制解调器或网络适配器。通过这种方式，数据处理系统300允许连接到多个网络计算机。如图所示，存储器映射图形适配卡330和硬盘332也可以直接或间接连接到I/O总线312。
本领域的普通技术人员理解，图3中所示的硬件可以变化。例如，其它外围设备，例如光盘驱动器等等，也可以被另外使用或代替所示的硬盘。所示例子并不意味着对本发明的结构限制。
图3所示的数据处理系统可以是例如IBM e-Server pSeries系统，这是纽约Armonk的国际商业机器公司的一种产品，其运行高级交互执行(AIX)操作系统或LINUX操作系统。
为了说明和描述目的而展示了本发明的说明，但不意欲穷尽或限制为这里公开的本发明。很多修改和变形对本领域的技术人员来说都是显而易见的。例如，可以使用固定优先级的线程而非可变优先级的线程。因此，选择和描述了上述实施例，以最佳解释本发明的原理、实际应用，并使本领域的其他技术人员可以理解本发明具有各种适合实际应用的预期变化的诸多实施例。

Claims (20)

1.一种增强调度线程的优先级引导的方法，包括步骤：
由正在第二CPU上执行的第二线程确定是否等待锁定被调度为由第一CPU执行的第一线程占据的共享资源，该第二线程具有高于第一线程的优先级；
通过将第二线程的较高优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级；和
通过将第一线程重新调度为在第二CPU上运行来增强第一线程的优先级引导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在增强所述第一线程的优先级引导时，该第一线程成为下一个被调度为执行的线程。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在增强了所述第一线程的优先级引导之后，第二线程通过进入休眠来放弃第二CPU，以等待该第一线程释放所述锁定。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在第一线程释放了所述锁定之后，第二线程醒来，并被重新调度为由第二CPU执行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在被重新调度为由第二CPU执行之后，所述第二线程可能是下一个被调度为执行的线程。
6.一种在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于增强调度线程的优先级引导，包括：
用于由正在第二CPU上执行的第二线程确定是否等待锁定被调度为由第一CPU执行的第一线程占据的共享资源的代码装置，该第二线程具有高于第一线程的优先级；
用于通过将第二线程的较高优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级的代码装置；和
用于通过将第一线程重新调度为在第二CPU上运行来增强第一线程的优先级引导的代码装置。
7.根据权利要求6所述的计算机程序产品，其中当增强所述第一线程的优先级引导时，该第一线程成为下一个被调度为执行的线程。
8.根据权利要求7所述的计算机程序产品，其中在增强了所述第一线程的优先级引导之后，第二线程通过进入休眠来放弃第二CPU，以等待该第一线程释放所述锁定。
9.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其中在第一线程释放了所述锁定之后，第二线程醒来，并被重新调度为由第二CPU执行。
10.根据权利要求9所述的计算机程序产品，其中在被重新调度为由第二CPU执行之后，所述第二线程可能是下一个被调度为执行的线程。
11.一种用于增强调度线程的优先级引导的设备，包括：
用于由正在第二CPU上执行的第二线程确定是否等待锁定被调度为由第一CPU执行的第一线程占据的共享资源的装置，该第二线程具有高于第一线程的优先级；
用于通过将第二线程的较高优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级的装置；和
用于通过将第一线程重新调度为在第二CPU上运行来增强第一线程的优先级引导的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其中当增强所述第一线程的优先级引导时，该第一线程成为下一个被调度为执行的线程。
13.根据权利要求12所述的设备，其中在增强了所述第一线程的优先级引导之后，第二线程通过进入休眠来放弃第二CPU，以等待该第一线程释放所述锁定。
14.根据权利要求13所述的设备，其中在第一线程释放了所述锁定之后，第二线程醒来，并被重新调度为由第二CPU执行。
15.根据权利要求14所述的设备，其中在被重新调度为由第二CPU执行之后，所述第二线程可能是下一个被调度为执行的线程。
16，一种用于增强调度线程的优先级引导的系统，包括：
至少一个用于存储代码数据的存储器件；和
至少两个CPU，该至少两个CPU中的一个用于处理代码数据，以由正在至少一个CPU上执行的第二线程确定是否等待锁定被调度为由另一个CPU执行的第一线程占据的共享资源，该第二线程具有高于第一线程的优先级；通过将第二线程的较高优先级传递给第一线程来引导第一线程的优先级；和通过将第一线程重新调度为在第二CPU上运行来增强第一线程的优先级引导。
17.根据权利要求16所述的系统，其中当增强所述第一线程的优先级引导时，该第一线程成为下一个被调度为执行的线程。
18.根据权利要求17所述的系统，其中在增强了所述第一线程的优先级引导之后，第二线程通过进入休眠来放弃第二CPU，以等待该第一线程释放所述锁定。
19.根据权利要求18所述的系统，其中在第一线程释放了所述锁定之后，第二线程醒来，并被重新调度为由第二CPU执行。
20.根据权利要求19所述的系统，其中在被重新调度为由第二CPU执行之后，所述第二线程可能是下一个被调度为执行的线程。
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