Bài giảng Hệ điều hành (Operating Systems) - Nguyễn Phan Trung - Chương 5: Định thời CPU

Chương 5 Định thời CPU Mục đích và yêu cầu Mục đích: Nắm vững khái niệm định thời CPU, các quan điểm định thời và hiểu được giải thuật . Yêu cầu: thực hiện dược bài tập dùng bảng thiết kế. Nội dung Khái niệm cơ bản Các bộ định thời Các hàng đợi định thời Các bộ định thời Short-Term Scheduling(CPU Scheduling) Mỗi khi CPU rảnh, Os cần xác định process trong ready queue để thực thi kế tiếp (do vậy còn được gọi là định thời CPU Short-term scheduling còn có tên gọi khác là dispatcher Định thời CPU xẩy ra khi 1 process: Chuyển từ trạng thái chạy sang trạng thái chờ (vd: I/O request) Chuyển từ trạng thái chạy sang trạng thái sẵn sàng (vd khi một ngắt xuất hiện clock interrup) Chuyển từ trạng thái đợi sang trạng thái sẵn sàng (Vd: I/O hoàn thành). Kết thúc Preemptive/nonpreemptive Định thời CPU khi 1 và 4 là không được ưu tiên trước (nonpreemptive): Ko có sự lựa chọn: phải trọn 1 process mới để thực hiện khí 1 process được phân phối CPU: nó sẽ sử dụng CPU cho đến khi nó giải phóng CPU bằng cách kết thúc hoặc chuyển qua trạn thái chờ. Các process sẵn sàng nhường điều khiển của CPU Định thời CPU 2 và 3 là được ưu tiên trước ( premptive ) Khi 2: process đá bật CPU ra, cần phải chọn process kế tiếp Khi 3: process có thể đá bật process khác ra khỏi CPU Các tiêu chuẩn định thời CPU User-oriented Response time –lượng thời gian tính từ khi có 1 yêu cầu được gửi đi đến khi có sự trả lời đầu tiên được phát ra, không phải là thời gian đưa ra kết quả của sự trả lời đó- cực tiểu Turnaround time – khoảng thời gian 1 process được nạp vào hệ thống đến khi process kết thúc (T chờ được đưa vào bộ nhớ +T chờ trong ready queue +T thực hiện bởi CPU + Tvào/ra) cực tiểu Waiting time – khoảng thời gian mà 1 process chờ đợi trong ready queue – cực tiểu System-oriented CPU utilization – giữ cho CPU càng bận càng tốt (0-100%)-cực đại Fairness – tất cả các process phải được đối xử như nhau Throughput – số process hòan tất trong 1 đơn vị thời gian – cực đại Hai yếu tố của giải thuật định thời Các giải thuật định thờiKhảo sát giải thuật định thời First-Come First-Serve (FCFS) Hàng đợi Ready là hàng đợi kiểu FIFO (tức là process nào yêu cầu CPU trước sẽ được phục vụ trước) Giải thuật FCFS là ko được ưu tiên trước (non-preemptive) nghĩa là process sẽ thưc thi cho đến khi kết thúc or bị blocked do I/O Thời gian chờ đợi của các process: P1=0, P2=3, P3=9, P4=13, P5=18. Thời gian chờ đợi trung bình: ( 0 + 3 + 9 +13 +18)/5 = 8.6 Biểu đồ Gantt (Gantt chart) như sau: Sortest Job First (SJF) Process nào có độ dài CPU burst kế tiếp nhỏ nhất sẽ được chọn thực thi Hai phương pháp: Không ưu tiên trước (non-preemptive)- 1 process nếu sử dụng CPU thì ko nhường cho process khác cho đến khi nó kết thúc Có ưu tiên trước – nếu 1 process đến có thời gian sử dụng CPU ngắn hơn thời gian còn lại của process đang thực hiện thì ưu tiên process mới đến trước phương pháp này còn được gọi là Shortest Remaing Tme First (SRTF). SJF là tối ưu :- cho thời gian chờ đợi trung bình của các process là nhỏ nhất. Sortest Job First (SJF) I/O-bound process sẽ được ưu tiên hơn so với CPU-bound process Yêu cầu phải tính được CPU-burst của process Thời gian chờ đợi của các process : P1=0, P2=3, P3=11, P4=15, P5=9; Thời gian chờ đợi trung bình =(0 +3 + 11 +15 +9)/5= 7.6 Tốt hơn nhiều so với FCFS Sortest Remaining Time First Tương tự như SJF nhưng decision mode là preemptive Thời gian chờ đợi của các process: P1=0, P2=3, P3=4, P4= 15, P5=8; Thời gian chờ đợi trung bình = (0 + 3 + 4 + 15 + 8)/5=6. Tốt hơn so với 2 trường hợp trước. Ước tính thời gian sử dụng CPU(độ dài của CPU-burst) tiếp sau Nhận xét về giải thuật SJF Giải thuật Round-Robin (RR) Mỗi process sử dụng 1 lượng nhỏ thời gian của CPU( time quantum- thời gian định lượng q)thường là 10- 100ms. Sau đó nó được ưu tiên đưa vào cuối của ready queue Ready queue được tổ chức dạng FIFO (FCFS) Nếu process có thời gian sử dụng CPU process sẽ tự nguyện nhường CPU khi kết thúc. Trình lập lịch sẽ chọn process kế tiếp trong ready queue. Nếu process có thời gian sử dụng CPU >q => bộ định thời (timer) sẽ đếm lùi và gây ngắt Os khi nó = 0. việc chuyển ngữ cảnh được thực hiện và process hiện tại được đưa xuống cuối ready queue để nhường CPU cho process kế tiếp RR với Time Quantum =1 Time Quantum và Context Switch Quantum và Response Time Higest Response Ratio Next Multilevel Queue Schedulinglập lịch đa mức hàng đợi Ready queue được chia thành nhiều queue riêng biệt theo 1 số tiêu chuẩn sau: Đặc điểm và yêu cầu định thời của process Foreground (chứa các interactive process) Background (chứa các batch process) Process được gán cố định vào 1 queue và mỗi queue sử dụng giải thuật riêng Forground – RR Background – FCFS Os cần phải định thời giữa các queue Lập lịch với mức ưu tiên cố định (fixed priority scheduling): phục vụ từ queue có độ ưu tiên cao đến thấp. Vần đề : có thể xẩy ra stavation Phân chia thời gian (Time slice): mỗi queue nhận được 1 lượng thời gian CPU nào đó và phân phối cho các process trong khoảng thời gian đó. Vd 80% cho foreground queue và 20% cho background queue. Multilevel Queue Scheduling (t.t) Process trong queue có mức ưu tiên thấp hơn chỉ có thể chạy khi các queue có mức ưu tiên thấp hơn rỗng. Process có mức ưu tiên cao hơn khi vào ready queue ko ảnh hưởng đến process đang chạy có mức ưu tiên thấp hơn Multilevel Feedback Queue Ví dụ Multilevel Feedback Queue Ba queue: Qo - quantum time = 8 ms Q1 - quantum time = 16 ms Q2 – FCFS Lập lịch: 1 process vào Qo và được phục vụ FCFS. Khi nó dành được CPU, process nhận được 8 ms. Nếu nó ko hoàn thành trong 8 ms, process được chuyển tới Q1. Tại Q1, process tiếp tục được phục vụ FCFS với 16 ms nữa. Nếu nó vẫn chưa hòan thành thì nó được ưu tiên và được chuyển đến Q2 Multilevel Feedback Queue (t.t) Multilevel Feedbach Queue (t.t) So sánh các giải thuật Câu hỏi và bài tập Chỉ ra sự khác nhau giữa đinh thời preemptive và non preemptive, tại sao định thời nonpreemptive không được thích dùng trong trung tâm máy tính. Sự khác nhau căn bản giữa multilevel queue và multilevel feedback queue? làm các btập 6.4 SGK