受保护模式操作调度制造技术

本发明专利技术涉及用于受保护模式操作调度的方法、系统和计算机程序产品。受保护模式（例如，用户模式）调度能够方便开发通过使用工作负载专用执行抽象来更好地反映工作负载的要求的编程框架。另外，定义针对可用硬件资源和工作负载要求的特性来调整的调度策略的能力具有更好的系统伸缩特性的潜力。此外，受保护模式调度通过将很大一部分调度功能从管理程序模式（例如，内核模式）移至应用程序来分散调度责任。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】受保护模式操作调度背景1.背景和相关技术计算机系统和相关技术影响社会的许多方面。的确，计算机系统处理信息的能力 已转变了人们生活和工作的方式。计算机系统现在通常执行在计算机系统出现以前手动执 行的许多任务(例如，文字处理、数据库管理和会计等)。最近，计算机系统彼此耦合并耦合 到其他电子设备以形成计算机系统和其他电子设备可以在其上传输电子数据的有线和无 线计算机网络。因此，许多计算任务的执行分布在多个不同的计算机系统和/或多个不同 的计算组件上。通常，当计算机系统开启或以其他方式“启动”时，从只读存储器(例如，闪存芯 片)中执行基本输入/输出系统(“BIOS”)。BIOS执行活动序列以使得计算机系统准备 好操作。该活动序列可包括(取决于是冷引导还是重引导)对CMOS设置检查自定义设置、 加载中断处理程序和设备驱动程序、初始化寄存器和电源管理、测试计算机系统的各种硬 件组件以保证它们适当地工作(上电自检“POST”)、以及激活其他卡(例如，SCSI和图形 卡)上的BIOS芯片。根据CMOS设置，BIOS可标识可引导设备并启动自展序列以启动操作 系统。在计算机系统操作期间，BIOS还提供操作系统可用来与诸如例如键盘、鼠标、视频 显示器、端口等不同的硬件设备接口的一组低级例程。由此，为了执行典型的计算任务，操 作系统接收命令(或者来自应用程序或者来自用户)并将这些命令转发给适当的物理资 源。这些物理资源进而实现较低级操作以执行计算任务。操作系统通常包括两种不同的操作模式管理程序模式(有时被称为“内核模 式”)和受保护模式(有时被称为“用户模式”)。当以管理程序模式操作时，进程具有对所 有资源的不受限访问，能够执行任何指令，并且能够引用任何存储器位置。另一方面，当以 受保护模式操作时，限制资源访问，禁止某些指令的执行，并且禁止对某些存储器位置的引 用。操作系统通常具有被信任以内核模式操作的中央组件或“内核”。操作系统的其他部分 以及其他程序不被信任并且不被给予对特权资源和指令的直接访问。由此，以受保护模式 操作的软件必须请求使用内核(例如，通过系统调用)来执行特权操作。—般而言，操作系统管理硬件和软件资源，以使其所在的计算机系统以灵活但可 预测的方式行动。在典型的计算机系统中，这些资源可包括处理器、存储器、盘空间等。操 作系统还提供用于调用诸如例如应用程序等其他软件的一致应用。通常，在应用程序执行 时，它创建用于执行各种计算任务的一个或多个进程。此外，大多数操作系统准许多个独立 应用同时在一个计算机系统中运行。由此，在任何给定时刻，计算机系统可具有对应于同时 运行的多个不同的应用的多个进程。进程创建是需要应用程序调用内核来实现的特权操作。内核能够为进程分配存储 器，从盘加载程序代码，以及开始运行进程。所创建的多个进程中的每一个都可能需要处理器(CPU)、输入/输出、存储器和存 储资源中的一个或多个来执行指定的计算任务。然而，某些资源只能一次为有限数量的且通常为一个的进程执行任务。例如，许多CPU被限于一次为一个进程执行指令。因此，许多 操作系统使用多任务处理来使得看上去像同时执行多个计算任务。多任务处理是多个进程 用来共享诸如例如CPU等公共处理资源的机制。在某些操作系统中，进程可包括许多子进程，这些子进程有时被称为执行线程 (或只被称为“线程”)或纤程。线程或纤程子进程，它是一个进程的代码中的分开的、独立 的执行序列。线程和纤程提供供进程将其自身分叉(或拆分)成两个或更多同时(或伪同 时)运行的任务的机制。线程和纤程和进程在各操作系统中有所不同。然而，一般而言，线 程或纤程被包含在进程中并且相同进程中的不同线程或纤程共享某些资源，而不同的进程 不共享资源。但线程和纤程能够在尚未具有访问权的情况下独立请求对特权资源的访问 权。线程和纤程的不同之处通常在于线程使用抢先多任务处理，而纤程使用协作多任务处 理。通常，为了实现所需类型的多任务处理，操作系统内核包括被称为调度程序的软 件片段，该调度程序确定每一个进程和/或线程(以及就更小范围而言的那些环境中的纤 程)能够在执行上花费多少时间以及将要传递执行控制的次序。控制由内核传递给进程和 /或线程，该控制准许进程/线程访问CPU和存储器。在稍后时刻，控制通过某种机制返回 至内核以使得那些其他进程和/或线程能够访问CPU和存储器。存在能够在操作系统内核 中实现以便对多个进程/线程/纤程多路复用CPU资源的各种各样的调度算法，诸如例如 借用虚拟时间(“BVT”)调度、多级反馈队列调度、间隔调度、完全公平调度等。在内核和进程/线程/纤程之间(以及相反)传递控制有时被称为上下文切换。 上下文切换包括存储并还原CPU的状态(上下文)以使得多个进程可共享单个CPU资源。 上下文切换通常在计算上是昂贵的。例如，在上下文切换期间，停止正在运行的进程并给予 另一进程运行的机会。操作系统内核必须停止执行正在运行的进程，将硬件寄存器中的至 复制出到其进程控制块(“PCB”)，用来自新进程的PCB的值来更新硬件寄存器。取决于操 作系统，PCB可包括各种不同的信息。然而，PCB通常包括进程标识符(PID)、包括进程的程 序计数器的寄存器值、进程的地址空间、优先级、进程会计信息(例如，进程上一次何时运 行、进程已经累积了多少CPU时间等)以及指向要运行的下一进程的PCB的指针。在每一 次上下文切换时，对于当前进程必须卸载所有这些信息并且对于新进程加载这些信息。因此，在大多数操作系统中，内核实质上担当运行系统级策略的线程中央储存库 和授权机构。即，内核执行所有调度和上下文维护。由此，内核担当可能限制可伸缩性的瓶 颈。性能也可能在大量线程活动时降级，这部分地由于上下文数据的大量加载和卸载。此外，操作系统内核定义执行抽象(例如，线程、纤程等)以及内核将要使用的调 度算法两者。因此，运行操作系统的所有应用基本上被迫使用所定义的执行抽象和调度算 法。这不是最优的，因为某些应用可以更好地适于使用其他执行抽象和/或调度算法。例 如，应用可以很好地适于使用待办事项(ToDo)(—种类型的执行抽象)和多级反馈队列调 度。然而，如果内核用BVT调度来定义线程，则应用仍然被迫使用该组合。由于许多应用具有不同的要求，因此导出对于所有应用都是最优的单个(或均码 的)调度算法也是基本上不可能的。例如，文字处理程序、媒体播放程序和盘备份应用可以 各自具有不同的最优调度算法。然而，可进行折衷以便跨一定范围的应用定义即使不是最 优也至少起作用的调度算法。简要概述本专利技术涉及用于受保护模式操作调度的方法、系统和计算机程序产品。在某些实 施例中，计算机系统将处理器资源的调度配置成以受保护(例如，用户)模式进行以便从管 理(例如，内核)模式中分散调度责任。计算机系统创建以操作系统的受保护模式操作的 受保护模式调度域。创建受保护模式调度域包括创建虚拟处理器。虚拟处理器映射物理处 理器的至少一部分以供受保护模式调度域的执行对象使用。虚拟处理器包括受保护模式虚拟处理器。受保护模式虚拟处理器被配置成处理管 理程序模式通知并分派执行对象。虚拟处理器还包括管理程序模式虚拟处理器。管理程序 模式虚拟处理器被配置成保留物理处理器的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机系统处的用于将处理器资源的调度配置成以受保护模式进行以便从管理程序模式中分散调度责任的方法，所述计算机系统包括物理处理器（１０９）和具有受保护模式（１０２）和管理程序模式（１０３）的操作系统（１０１），其中受保护模式（１０２）限制程序访问以受保护模式（１０２）运行的程序的物理处理器资源，管理程序模式（１０３）具有对物理处理器资源的不受限访问，一个或多个功能选通对管理程序模式（１０３）的访问以准许受保护模式（１０２）中的程序转换至管理程序模式（１０３）以访问物理处理器资源，其中在所述操作系统（１０１）中执行的程序能取决于程序指令来从受保护模式（１０２）转换至管理程序模式（１０３）以及从管理程序模式（１０３）转换至受保护模式（１０２），管理程序模式（１０３）具有根据默认管理程序模式调度策略来在时间共享的基础上消耗物理处理器资源的默认管理程序模式执行对象格式，所述方法包括：　　创建以所述操作系统（１０１）的受保护模式（１０２）操作的受保护模式调度域（１０４）的动作，创建所述受保护模式调度域（１０４）包括：　　创建虚拟处理器（１０８），所述虚拟处理器（１０）映射物理处理器（１１２０）的至少一部分以供所述受保护模式调度域（１０４）的执行对象使用，所述虚拟处理器包括：　　受保护模式虚拟处理器（１０８Ｐ），所述受保护模式虚拟处理器被配置成处理管理程序模式通知并分派执行对象；以及　　管理程序模式虚拟处理器（１０８Ｓ），所述管理程序模式虚拟处理器被配置成保留所述物理处理器的至少一部分以供所述受保护模式调度域的执行对象使用；　　加载与所述默认管理程序模式调度策略不同的至少一个受保护模式调度策略（１０７），所述至少一个受保护模式调度策略（１０７）用于在所述虚拟处理器上多路复用所述受保护模式调度域的执行对象；以及　　创建执行对象存储（１０５），所述执行对象存储（１０５）被配置成存储所述受保护模式调度域（１０４）的执行对象的状态以便于在所述受保护模式调度域中的不同执行对象之间切换上下文。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US12/163,7262008年6月27日1.一种计算机系统处的用于将处理器资源的调度配置成以受保护模式进行以便从管 理程序模式中分散调度责任的方法，所述计算机系统包括物理处理器(109)和具有受保护 模式(102)和管理程序模式(103)的操作系统(101)，其中受保护模式(102)限制程序访 问以受保护模式(10 运行的程序的物理处理器资源，管理程序模式(10 具有对物理处 理器资源的不受限访问，一个或多个功能选通对管理程序模式(103)的访问以准许受保护 模式(10 中的程序转换至管理程序模式(103)以访问物理处理器资源，其中在所述操作 系统(101)中执行的程序能取决于程序指令来从受保护模式(102)转换至管理程序模式 (103)以及从管理程序模式(10 转换至受保护模式(102)，管理程序模式(10 具有根据 默认管理程序模式调度策略来在时间共享的基础上消耗物理处理器资源的默认管理程序 模式执行对象格式，所述方法包括创建以所述操作系统(101)的受保护模式(102)操作的受保护模式调度域(104)的动 作，创建所述受保护模式调度域(104)包括创建虚拟处理器(108)，所述虚拟处理器(10)映射物理处理器(1120)的至少一部分以 供所述受保护模式调度域(104)的执行对象使用，所述虚拟处理器包括受保护模式虚拟处理器(108P)，所述受保护模式虚拟处理器被配置成处理管理程序模 式通知并分派执行对象；以及管理程序模式虚拟处理器(108 ，所述管理程序模式虚拟处理器被配置成保留所述物 理处理器的至少一部分以供所述受保护模式调度域的执行对象使用；加载与所述默认管理程序模式调度策略不同的至少一个受保护模式调度策略(107)， 所述至少一个受保护模式调度策略(107)用于在所述虚拟处理器上多路复用所述受保护 模式调度域的执行对象；以及创建执行对象存储(105)，所述执行对象存储(10 被配置成存储所述受保护模式调 度域(104)的执行对象的状态以便于在所述受保护模式调度域中的不同执行对象之间切 换上下文。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，受保护模式包括用户模式，管理程序模式包 括内核模式。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建受保护模式调度域的动作包括在 所述操作系统的用户模式中创建用户模式调度域的动作。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建虚拟处理器的动作包括创建映射 物理处理器资源以供用户模式调度域中的执行对象使用的虚拟处理器的动作。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述创建映射物理处理器资源以供用户模 式调度域中的执行对象使用的虚拟处理器的动作包括创建映射物理处理器资源以供所述 用户模式调度域中的待办事项使用的虚拟处理器的动作。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建以所述操作系统的受保护模式操 作的受保护模式调度域的动作包括在已经包括一个或多个其他受保护模式调度域的进程 中创建受保护模式调度域的动作。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括将所述受保护模式调度域和所述一个或多个其他受保护模式调度域之间的通道事件 配置成方便所述进程中的受保护模式调度域的进程内同步且不必转换至管理程序模式的动作。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加载与所述默认管理程序模式调度策 略不同的至少一个受保护模式调度策略的动作包括加载与所述一个或多个其他受保护模 式调度域不同的至少一个受保护模式调度策略。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所述管理程序模式虚拟处理器根据管理程序模式默认调度策略来保留所述物理处理 器的至少一部分的动作。10.一种计算机系统处的用于在受保护模式中调度处理器资源的消耗以便从管理程 序模式中分散调度责任的方法，所述计算机系统包括物理处理器(109)和具有受保护模式 (102)和管理程序模式(103)的操作系统(101)，其中受保护模式(102)限制程序访问以 受保护模式(10 运行的程序的物理处理器资源，管理程序模式(10 具有对物理处理器 资源的不受限访问，一个或多个功能选通对管理程序模式(10 的访问以准许受保护模式 (102)中的程序转换至管理程序模式(103)以访问物理处理器资源，其中在所述操作系统 (101)中执行的程序能取决于程序指令来从受保护模式(102)转换至管理程序模式(103) 以及从管理程序模式(10 转换至受保护模式(102)，管理程序模式(10 具有根据默认管 理程序模式调度策略来在时间共享的基础上消耗物理处理器资源的默认管理程序模式执 行对象格式，所述方法包括将物理处理器资源分配(11 给受保护模式调度域(104)中的受保护模式调度域的第 一执行对象(131)的动作，物理处理器资源是根据与所述默认管理程序模式调度策略不同 的受保护模式调度策略(107)来分配的；利用分配到的物理处理器资源(11 来部分地完成所述第一执行对...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·帕佩夫斯塔蒂洛，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：US