Bài giảng Hệ điều hành - Chương 9: Lập lịch tiến trình
Trong các hệthống multitasking
Tại một thời điểm trong bộnhớcó nhiều process
Tại mỗi thời điểm chỉcó một process được thực thi
Do đó, cần phải giải quyết vấn đềphân chia, lựa chọn
process thực thi sao cho được hiệu quảnhất. Cần có chiến
lược định thời CPU
Tóm tắt nội dung Bài giảng Hệ điều hành - Chương 9: Lập lịch tiến trình, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
ải ước lượng thời gian cần CPU tiếp theo của process 28 Dự đoán thời gian sử dụng CPU* Trung bình tất cả các kết quả đo được trong quá khứ Nhưng thông thường những kết quả càng mới càng phản ánh đúng hành vi của process trong tương lai Một kỹ thuật thường dùng là sử dụng trung bình hàm mũ (exponential averaging) τn+1 = α tn + (1-α) τn , 0 < α < 1 τn+1 = α tn + (1-α) α tn-1 + …+ (1-α)jατn-j +…+ (1-α)n+1ατ0 Khi chọn α > 1/n có nghĩa là đã gán trọng số của các giá trị càng mới càng tăng 29 Dự đoán thời gian sử dụng CPU Thời gian sử dụng CPU thực Thời gian dự đoán với α = ½ và τ0 = 10 30 Shortest Job First (SJF)* SJF sử dụng ưu tiên ngầm định: công việc ngắn nhất được ưu tiên trước Thường là những công việc thuộc loại I/O bound Process có thời gian thực thi dài có thể bị trì hoãn vô hạn định nếu các process có thời gian thực thi ngắn liên tục vào Không thích hợp cho môi trường time-sharing khi không dùng preemption Dù các CPU bound process có “độ ưu tiên” thấp Nhưng một process không thực hiện I/O có thể độc chiếm hệ thống nếu nó là process đầu tiên vào hệ thống Shortest Job First (SJF)* Process Thời điểm đếnBurst Time P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 SJF tương ứng Thời gian đợi trung bình = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4 P1 P3 P2 73 160 P4 8 12 32 Shortest Job First (SJF)* Chế độ quyết định: non-preemptive Phiên bản preemptive của SJF: Nếu một process mới đến mà có thời gian sử dụng CPU (CPU burst length) nhỏ hơn thời gian cần CPU còn lại của process đang thực thi, thì thực hiện preempt process đang thực thi Cách làm này còn được gọi là Shortest-Remaining-Time-First (SRTF) 33 Shortest Remaining Time First (SRTF)* Process Thời điểm đến Burst Time P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 Shortest-Remaining-Time-First (SRTF) Thời gian đợi trung bình = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3 Tốt hơn giải thuật nonpreemptive SJF P1 P3P2 42 110 P4 5 7 P2 P1 16 34 Shortest Remaining Time First (SRTF)* Tránh trường hợp các process có thời gian thực thi dài độc chiếm CPU Cần phải quản lý thời gian thực thi còn lại của các process Có thời gian quay vòng tốt hơn SJF Process có thời gian thực thi ngắn có độ ưu tiên ngay lập tức 35 Priority Scheduling* Mỗi process sẽ được gán một độ ưu tiên CPU sẽ được cấp cho process có độ ưu tiên cao nhất Định thời sử dụng độ ưu tiên có thể: Preemptive hoặc Nonpreemptive 36 Gán độ ưu tiên* SJF là một giải thuật định thời sử dụng độ ưu tiên với độ ưu tiên là thời-gian-sử-dụng-CPU-dự-đoán Gán độ ưu tiên còn dựa vào: Yêu cầu về bộ nhớ Số lượng file được mở Tỉ lệ thời gian dùng cho I/O trên thời gian sử dụng CPU Các yêu cầu bên ngoài ví dụ như: số tiền người dùng trả khi thực thi công việc 37 Priority Scheduling* Vấn đề ≡ Trì hoãn vô hạn định – process có độ ưu tiên thấp có thể không bao giờ được thực thi Giải pháp ≡ Aging – độ ưu tiên của process sẽ tăng theo thời gian 38 Round Robin (RR)* Hàm lựa chọn: giống FCFS 21 3 4 56 7 8 39 Round Robin (RR)* Chế độ quyết định: preemptive Khoảng thời gian tối đa cho phép (thường 10 - 100 ms) được đảm bảo bằng việc sử dụng interrupt Process đang chạy hết thời gian sẽ được chuyển về cuối của hàng đợi ready 40 Round Robin (RR)* Process Burst Time P1 53 P2 17 P3 68 P4 24 Quantum time = 20 Giản đồ Gantt: Thường có thời gian quay vòng cao hơn SJF, nhưng lại có đáp ứng tốt hơn P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3 0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162 41 Quantum time và chuyển ngữ cảnh Quantum time càng nhỏ thì càng có nhiều lần chuyển ngữ cảnh (context switch) 42 Thời gian quay vòng và quantum time Thời gian quay vòng trung bình (average turnaround time) không chắc sẽ được cải thiện khi quantum lớn 43 Quantum time cho Round Robin* Khi thực hiện process switch thì OS sẽ sử dụng CPU chứ không phải process của người dùng Dừng thực thi, lưu tất cả thông tin, nạp thông tin của process sắp thực thi Performance tùy thuộc vào kích thước của quantum time (hay time slice), và hàm phụ thuộc này không đơn giản Time slice ngắn thì đáp ứng nhanh Vấn đề: có nhiều chuyển ngữ cảnh. Phí tổn sẽ cao. Time slice dài hơn thì throughput tốt hơn (do giảm phí tổn) nhưng thời gian đáp ứng lớn Nếu time slice quá lớn trở thành FCFS. 44 Quantum time cho Round Robin Quantum time và thời gian cho process switch: Nếu quantum time (hay time slice) = 20 ms và thời gian cho process switch = 5 ms, như vậy phí tổn là 5/25 = 20% Nếu time slice = 500 ms, thì phí tổn chỉ còn 1% • Nhưng nếu có nhiều người sử dụng trên hệ thống và thuộc loại interactive thì sẽ thấy đáp ứng rất chậm Tùy thuộc vào tập công việc mà lựa chọn quantum time Time slice nên lớn trong tương quan so sánh với thời gian cho process switch Ví dụ với 4.3 BSD UNIX time slice là 1 giây 45 Round Robin Nếu có n process trong hàng đợi ready, và quantum time là q, nhu vậy mỗi process sẽ lấy 1/n thời gian CPU theo từng khối có kích thước lớn nhất là q Sẽ không có process nào chờ lâu hơn (n-1)q đơn vị thời gian RR sử dụng một giả thuyết ngầm là tất cả các process đều có tầm quan trọng ngang nhau Không thể sử dụng RR nếu muốn các process khác nhau có độ ưu tiên khác nhau 46 Round Robin: nhược điểm Các process dạng CPU-bound vẫn còn được “ưu tiên” Ví dụ: • Một I/O-bound process sử dụng CPU trong thời gian ngắn hơn quantum time và bị block để đợi I/O. Và • Một CPU-bound process chạy hết time slice và lại quay trở về hàn đợi ready queue (ở phía trước các process đã bị blocked) 47 Highest Response Ratio Next (HRRN) Max RR (Response Ratio) Ưu tiên short job Process Arrival Time Service Time 1 0 3 2 2 6 3 4 4 4 6 5 5 8 2 timeservice expected timeservice expected ingspent wait time +=RR -48- HRRN (Highest Response Ration Next) Caûi tieán giaûi thuaät SJF Ñònh thôøi theo kieåu non-preemptive Ñoä öu tieân cuûa quaù trình ñöôïc tính theo coâng thöùc: p = (tw + ts)/ts tw waiting time ts service time Quaù trình coù ñoä öu tieân lôùn nhaát ñöôïc phuïc vuï Ñoä öu tieân ñoäng, tính laïi khi coù quaâ trình keát thuùc -49- Khi P1 keát thuùc, heä thoáng ñònh thôøi laïi. Ñoä öu tieân P2: (6+4)/4=2.5 P3: (2+2)/2=2 P2 ñöôïc öu tieân Thöù töï ñònh thôøi: P1ÆP2ÆP3 Nhaän xeùt Quaù trình Thôøi gian ñeán Thôøi gian thöïc thi (CPU burst time) (giaây) P1 0 7 P2 1 4 P3 5 2 P1 P2 P3 0 7 1 1 1 3 P1 P2 P3 Ñònh thôøi laïi 50 Highest Response Ratio Next (HRRN) timeservice expected timeservice expected ingspent wait time +=RR 0 5 10 15 20 P1 P2 P3 P4 P5 51 Multilevel Queue Scheduling* Hàng đợi ready sẽ được chia thành nhiều hàng đợi riêng rẽ. Ví dụ: foreground (cho công việc cần giao tiếp - interactive) background (cho công việc dạng bó - batch) Mỗi hàng đợi sẽ có giải thuật định thời riêng. Ví dụ: foreground – RR background – FCFS 52 Multilevel Queue Scheduling* Định thời cần phải thực hiện giữa các hàng đợi với nhau Theo cách cố định (fixed priority scheduling) – phục vụ tất cả các process từ foreground rồi mới đến background • Có khả năng xảy ra trì hoãn vô hạn định (starvation) Chia thời gian (time slice) – mỗi hàng đợi sẽ được lấy một khoảng sử dụng CPU nhất định để định thời cho các process của mình. Ví dụ: • 80% cho foreground dùng RR • 20% cho background dùng FCFS 53 Multilevel Queue Scheduling* Ví dụ System Processes Interactive Processes Batch Processes Student Processes Độ ưu tiên thấp nhất Độ ưu tiên cao nhất 54 Multilevel Feedback Queue* Một process có thể di chuyển giữa các queue dựa trên đặc tính của process (kỹ thuật aging có thể được hiện thực theo cách này) Nếu một process sử dụng CPU trong thời gian quá nhiều, nó sẽ bị di chuyển sang một hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn Nếu một process chờ qua lâu trong một hàng đợi có độ ưu tiên thấp, nó sẽ được di chuyển lên hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn 55 Multilevel Feedback Queue* Ví dụ: Có 3 hàng đợi: Q0 – RR với time quantum 8 Q1 – RR vơis time quantum 16 Q2 – FCFS Giải thuật Công việc mới sẽ vào hàng đợi Q0. Khi đến lượt mình, công việc sẽ được một khoảng thời gian là 8 milli giây. Nếu không kết thúc được trong 8 milli giây, công việc sẽ được đưa xuống hàn đợi Q1 Tại Q1, tương tự công việc sau khi chờ sẽ được cho một khoảng thời gian thực thi là 16 milli giây. Nếu hết thời gian này vẫn chưa kết thúc sẽ bị chuyển sang Q2 56 Multilevel Feedback Queue Multilevel Feedback Queue được xác định bởi các thông số Có bao nhiêu hàng đợi? Với mỗi queue sử dụng giải thuật định thời nào? Xác định thời điểm thăng cấp cho một process? Làm sao để xác định thời điểm giáng cấp một process? Xác định được hàng đợi nào process sẽ vào khi process đó cần thực thi? 57 Policy và Mechanism Rất quan trọng trong định thời và phân phối tài nguyên Policy Điều gì nên (cần) làm Mechanism Làm sao để làm điều đó Ví dụ Policy: tất cả người dùng cần được công bằng Mechanism: sử dụng round robin Policy: công việc được trả tiền cao có độ ưu tiên cao Mechanism: sử dụng các giải thuật có preemptive 58 Định thời trên hệ thống multiprocessor Nếu có nhiều CPU thì có thể thực hiện việc chia tải Phức tạp hơn so với định thời trên một processor Làm sao để chia tải? Asymmetric multiprocessor • Một master processor sẽ thực hiện định thời cho tất cả các processor còn lại Symmetric multiprocessor (SMP) • Một processor sẽ có bộ định thời riêng • Sẽ có một hàng đợi ready chung cho tất cả processors, và có một hoặc nhiều hành đợi ready riêng cho mỗi procesor • Được hỗ trợ trên Win XP, Linux, Solaris, Mac OS X Bài tập Process Burst Time P1 10 P2 29 P3 3 P4 7 P5 12 Tất cả đều đến ở thời điểm 0 Xét các giải thuật FCFS, SFJ, và RR với quantum time = 10
File đính kèm:
Bài giảng Hệ điều hành - Chương 9 Lập lịch tiến trình.pdf
