Планирование процессора

2. Планирование процессора.

Краткосрочный планировщик выбирает процессы из очереди готовых процессов и передает их на выполнение в CPU. Существуют различные алгоритмы или стратегии решения этой задачи, отличающиеся отношением к критериям планирования.

2.1. Критерии планирования процессора.

Используются следующие критерии, позволяющие сравнивать алгоритмы краткосрочных планировщиков:

утилизация CPU (использование) CPU utilization. Утилизация CPU теоретически может находиться пределах от 0 до 100%. В реальных системах утилизация CPU колеблется в пределах 40% для легко загруженного CPU, 90% для тяжело загруженного CPU.

пропускная способность CPU throughput. Пропускная способность CPU может измеряться количеством процессов, которые выполняются в единицу времени.

время оборота (turnaround time) для некоторых процессов важным критерием является полное время выполнения, то есть интервал от момента появления процесса во входной очереди до момента его завершения. Это время названо временем оборота и включает время ожидания во входной очереди, время ожидания в очереди готовых процессов, время ожидания в очередях к оборудованию, время выполнения в процессоре и время ввода - вывода.

время ожидания (waiting time). Под временем ожидания понимается суммарное время нахождения процесса в очереди готовых процессов.

время отклика (response time) для сугубо интерактивных программ важным показателем является время отклика или время, прошедшее от момента попадания процесса во входную очередь до момента первого обращения к терминалу.

Очевидно, что простейшая стратегия краткосрочного планировщика должна быть направлена на максимизацию средних значений загруженности и пропускной способности, времени ожидания и времени отклика.

В ряде случаев используются сложные критерии, например, так называемый минимаксный критерий, то есть вместо простого критерия минимум среднего времени отклика используется следующий — минимум максимального времени отклика.

2.2. Стратегии планирования процессора.

2.2.1.Первый пришел - первый обслуживается FIFO. first come - first served (FCFS).

На рисунке схематически показано, каким образом операционная система использует process control block для переключения процессора с одного процесса на другой.

FCFS является наиболее простой стратегией планирования процессов и заключается в том, что процессор передается тому процессу, который раньше всех других его запросил.

Когда процесс попадает в очередь готовых процессов, process control block присоединяется к хвосту очереди.

Среднее время ожидания для стратегии FCFS часто весьма велико и зависит от порядка поступления процессов в очередь готовых процессов.

Пример № 1

Пусть три процесса попадают в очередь одновременно в момент 0 и имеют следующие значения времени последующего обслуживания в CPU.

вариант 1:

П1(24 мс)

П2(3 мс)

П3(3 мс)

вариант 2:

П2(3 мс)

П3(3 мс)

П1(24 мс)

На рисунке приведены диаграммы Ганга очереди готовых процессов

вариант 1:

П1	П2	П3	WT=17 мс
WT1=0 мс	WT2=24 мс	WT3=27 мс

вариант 2:

П2	П3	П1	WT=3 мс
WT2=0 мс	WT3=3 мс	WT1=6 мс

Стратегии FCFS присущ так называемый “эффект конвоя”. В том случае, когда в компьютере имеется один большой процесс и несколько малых, то все процессы собираются в начале очереди готовых процессов, а затем в очереди к оборудованию. Таким образом, “эффект конвоя” приводит к снижению загруженности как процессора, так и периферийного оборудования.

2.2.2. Стратегия - наиболее короткая работа! SJF.

SJF — Shortest Job First. Одним из методов борьбы с “эффектом конвоя” является стратегия, позволяющая процессу из очереди выполняться первым.

Пример № 2

Пусть четыре процесса одновременно попадают в очередь готовых процессов и имеют следующие значения времени последующего обслуживания

П1(6 мс)

П2(8 мс)

П3(7 мс)

П4(3 мс)

П4	П1	П3	П2	WT=7 мс
WT4=0 мс	WT1=3 мс	WT3=9 мс	WT2=16 мс

На рисунке приведена диаграмма Ганга, построенная в соответствии со стратегией SJF.

Легко посчитать, что при использовании FCFS - стратегии среднее время ожидания для тех же процессов равно 10.25 мс, таким образом стратегия SJF снижает время ожидания очереди. Наибольшая трудность в практической реализации SJF заключается в невозможности заранее определить величину времени последующего обслуживания.

Поэтому стратегия SJF часто применяется в долгосрочных планировщиках, обслуживающих пакетный режим. В этом случае вместо величины времени последующего обслуживания используется допустимое максимальное время выполнения задания, которое программист должен специфицировать перед отправкой задания в пакет.