Windows操作系统多核CPU内核线程管理方法

SYSTEM_PROCESS_INFORMATION 结构

进程线程的两种数据结构

图4 进程线程的两种数据结构。

3.3 线程管理服务系统应用程序设计

进程管理服务系统应用程序是要通过调用Win 32子系统的API 函数DeviceIoControl 来向线程管理服务系统驱动程序发送IRP 的，然后在IRP 结束之后把驱动程序中读出的所有有用进程线程信息填入到指定的内存中。这样线程管理服务系统应用程序就可以根据所获得的系统信息句柄来对线程CPU 亲缘性属性进行设置。首先为DeviceIoControl 中的InputBuffer 申请一段内存空间传入给驱动程序，驱动程序读取内核空间进程线程信息写入到这段内存中，应用程序读到信息并显示给用户。

在系统中应用程序为每一个CPU 维护一个结构体，内容包括该CPU 是否运行实时线程，该CPU 上运行的线程数（如果是实时线程CPU线程数为1），以及在此CPU上运行的线程结构数组的首地址。系统通过对此CPU 结构数组的解析来对线程进行管理。并通过DeviceIoControl函数把设置后的CPU 结构交给驱动程序内核。

3.4 修改Windows 内核结构体

在驱动程序读回应用程序下用户的设置结果后，就需要按照用户的设定修改KTHREAD 下的Affinity 域的掩码值了。首先要找到KTHREAD 的线性内存空间，PsGetCurrentProcess()内核函数可以返回内核下当前进程空间的E P R O C E S S 结构。E P R O C E S S 结构下的ActiveProcessLinks 域是LIST_ENTRY 结构，通过它可以遍历所有的ETHREAD 结构，那么那到KTHREAD 下的Affinity 域就不难了，可以使用两个循环嵌套来得到所有线程的Affinity 域并将其值设为应用程序中用户的设定值。线程CPU 掩码就被成功的修改了。当CPU 被设定为运行实时线程的CPU 时,在它上面运行的线程只能是一个实时线程，这时的运行线程数被设定为1; 当CPU被设定为非实时线程的时候，上面有可能除了任务线程运行之外,还有Windows 系统进程下的线程。

4 软件使用及性能测试

4.1 驱动的加载及软件的使用

首先需要把本系统的驱动sys 文件加载到Windows的服务管理器中，加载成功后打开应用程序，用户可以通过应用程序中显示出的当前系统内的进程和线程进行选择,并在GUI 图形界面中对其CPU 占用率及CPU亲缘性进行设置。

4.2 设置 CPU 亲缘性测试

测试运行在双核CPU 的PC 机上，系统运行一个要测试的任务线程(任务线程为一个108 次加法运算),四个其它线程(为测试方便，设为while 循环线程),限定了循环线程的CPU 亲缘性掩码为0x0001,任务线程的CPU亲缘性为0x0002,这样任务线程与其它线程分别在两个核上运行，分别测试了任务线程单独运行，任务线程与其它线程不设定CPU 亲缘性，任务线程与其它线程设定CPU 亲缘性三种情况下下任务线程的运行总时间如表2 所示。

表2

从表2 分析, 设定任务线程的CPU 亲缘性与其它线程所占用的CPU 分开，真正意义上的实现了任务的异步执行,非常有效的提高了实时线程对CPU 资源的使用率。

5 结束语

本文分析了Windows 系统的内核进程线程调度表2CPU 亲缘性设定三种情况下任务线程运行时间表机制，并在此基础上设计了一种基于Windows 操作系统内核驱动的多核CPU 线程管理方法, 实现了这样一个软件系统。首先在Windows 内核层获取系统进程线程信息，然后再把信息传入应用层，由应用层上的应用程序根据获取的信息句柄,对进程进行操作,用户在图形界面下按照仿真任务对CPU 资源的不同需求,进行相应的设置，可以为指定线程设置CPU 亲缘性的功能。在一定程度上为Windows 系统下的任务合理地分配了CPU 资源，为对实时性要求较高的任务提供了一个可靠的运行环境。