Criteri di Scheduling
Algoritmi di Scheduling
Multiple-Processor Scheduling
Asymmetric/Symmetric multiprocessing
Processori Multicore
Operating System Concepts – 7th Edition
5.2
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1
Massimizzare lʼutilizzo della CPU mediante multiprogrammazione
CPU–I/O Burst Cycle
Processo alterna cicli di CPU ad attese di I/O
Distribuzione dei cicli di CPU (CPU-burst)
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5.3
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
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5.4
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
2
Operating System Concepts – 7th Edition
5.5
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Sceglie tra i processi pronti quello da eseguire e vi alloca la CPU
La Schedulazione della CPU avviene quando un processo:
1. Passa da attivo in stato di attesa
2. Passa da attivo a stato di pronto
3. Passa da stato di attesa a stato di pronto
4. Termina
Scheduling secondo 1 e 4 eʼ non-preemptive (senza prelazione)
Se si schedula secondo 2 e 3, preemptive (con prelazione)
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5.6
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3
Il Dispatcher passa il controllo della CPU al processo selezionato
dallo schedulatore a breve termine:
Cambia il contesto (context switch)
Passa in modalitaʼ utente
Salta alla locazione giusta da cui il processo schedulato deve
ripartire
Latenza di Dispatch latency – tempo necessario al dispatcher
per fermare un processo e farne ripartire un altro
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5.7
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Utilizzo della CPU utilization
CPU quasi sempre occupata
Throughput – # di processi completati per unitaʼ di tempo
Tempo di Turnaround – tempo necessario per completare
un particolare processo
Tempo di attesa – tempo trascorso dal processo nella coda
di dei processi in stato di pronto
Tempo di risposta – tempo trascorso dal momento in cui
una richiesta viene sottoposta al sistema fino al momento in
cui una prima risposta appare in output (importante in
ambienti time-sharing)
Operating System Concepts – 7th Edition
5.8
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4
Massimizza uso di CPU
Massimizza throughput
Minimizza turnaround
Minimizza tempo dʼattesa Minimizza tempo di risposta
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5.9
Process
Burst Time
P1
24
P2
3
P3
3
I processi arrivano nellʼordine: P1 , P2 , P3 Il diagramma di Gantt per la schedulazione:
P1
P2
0
24
P3
27
30
Tempo di attesa:
P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27
Tempo medio di attesa: (0 + 24 + 27)/3 = 17
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5.10
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5
Consideriamo ora lʼordine di arrivo
P2 , P3 , P1 Il diagramma di Gantt diventa:
P2
0
P3
3
P1
6
30
Tempi di attesa: P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3
Tempo medio di attesa: (6 + 0 + 3)/3 = 3
Miglioramento significativo
Evitato lʼeffetto convoglio: processi brevi dopo processi lunghi
Operating System Concepts – 7th Edition
5.11
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Scegli il processo con il piuʼ piccolo CPU burst
Schemi possibili:
Non-preemptive – una volta assegnata la CPU ad un processo
attendi fino a completamento del CPU burst
preemptive – se un nuovo processo arriva con CPU burst piuʼ
breve del tempo rimanente al CPU burst del processo in
esecuzione, prelaziona
Schema
noto come: Shortest-Remaining-Time-First (SRTF)
SJF ottimizza (minimizza) il tempo medio di attesa
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5.12
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6
Process
Arrival Time
Burst Time
P1
0.0
7
P2
2.0
4
P3
4.0
1
P4
5.0
4
SJF (non-preemptive)
P1
0
P3
3
7
P2
P4
8
12
16
Tempo media di attesa = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
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5.13
Process
Arrival Time
Burst Time
P1
0.0
7
P2
2.0
4
P3
4.0
1
P4
5.0
4
SJF (preemptive)
P1
0
P2
2
P3
4
P2
5
P4
7
P1
11
16
Tempo medio di attesa = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
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5.14
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7
Possiamo solo stimare tale lunghezza
Possibilitaʼ: usa le lunghezza dei precedenti CPU bursts
Es.: media esponenziale
1.
2.
3.
4.
€
t n = lunghezza effettiva dell'n mo CPU burst
τ n +1 = valore atteso del prossimo CPU burst
α, 0 ≤ α ≤ 1
Definisci : τ n +1 = α t n + (1− α )τ n .
€
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5.15
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5.16
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8
α =0
τn+1 = τn
La storia recente non ha valore
α =1
τn+1 = α tn
Solo il precedente CPU burst ha valore
Se espandiamo la formula otteniamo:
τn+1 = α tn+(1 - α)α tn -1 + …
+(1 - α )j α tn -j + …
+(1 - α )n +1 τ0
Nota che α e (1 - α) sono ≤ 1, quindi ogni termine nella formula
pesa meno del precedente
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5.17
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Ogni processo ha associato un valore di prioritaʼ (intero)
La CPU eʼ allocata al processo con prioritaʼ piuʼ alta
(spesso nueri piccoli indicano prioritaʼ alta)
Preemptive
Non-preemptive
SJF eʼ uno sceduling a prioritaʼ definita dal tempo previsto di CPU
burst.
Problemi: Starvation – processi con prioritaʼ bassa potrebbero
essere “dimenticati”
Soluzione: Aging – incrementare la prioritaʼ dei processi in funzione
del tempo trascorso in stato di pronto
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5.18
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9
Ogni processo riceve la CPU per un breve intervallo (time
quantum), tipicamente 10-100 millisecondi. Passato tale quanto
di tempo, il processo ritorno all fine della coda dei processi in
stato di pronto.
Se n processi in coda di pronto e quanto di tempo = q, ogni
processo riceve 1/n di CPU time in blocchi di q unitaʼ per volta.
Nessun processo attende piuʼ di (n-1)q unitaʼ.
Performance
q grande ⇒ FIFO
q piccolo ⇒ q deve esser maggiore del tempo di context
switch, per evitare eccessivo
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Process
P1
P2
P3
P4
Il diagramma di Gantt: P1
0
P2
20 37
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5.19
P3
Burst Time
53
17
68
24
P4
57
P1
P3
P4
P1
P3
P3
77 97 117 121 134 154 162
Tipicamente, rispetto a SJF, tempo di turnround piuʼ alto, ma
migliore tempo di risposta
Operating System Concepts – 7th Edition
5.20
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10
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5.21
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5.22
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11
La coda dei processi pronti divisa in code separate:
foreground (interactive)
background (batch)
Ogni coda eʼ gestita al proprio algoritmo di scheduling
foreground – RR
background – FCFS
Scheduling tra le code
Scheduling a prioritaʼ fissa; (prima tutti I processi in foreground
quindi quelli in background). Rischio di starvation.
Time slice – ogni coda ha assegnata una percentuale di tempo
di CPUin cui puoʼ schedulare I propri processi;
es.:
–
80% to foreground in RR
20% to background in FCFS Operating System Concepts – 7th Edition
5.23
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7th Edition
5.24
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
12
Processi possono cambiare coda;
Possibilitaʼ di implementare tecniche di aging
Parametri critici:
numero di code
Algoritmo di scheduling usato in ciascuna coda
Criterio di promozione dei processi tra le code
Criterio di declassamento dei processi tra le code
Criterio di assegnazione di un processo ad una coda in
funzione del servizio richiesto
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5.25
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Tre code:
Q0 – RR con q=8 milliseconds
Q1 – RR con q=16 milliseconds
Q2 – FCFS
Scheduling
Ogni nuovo job eʼ ammesso alla coda Q0 servita con FCFS.
Quando attivo, il processo ha 8 milliseconds per completare.
Se non completa passa alla coda Q1.
In Q1 i job sono schedulati con criterio FCFS con q=16. Se tale
quanto non risulta sufficiente, il processo passa in Q2.
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5.26
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13
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5.27
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w : tempo speso dal processo in attesa in stato di pronto
s : tempo totale necessario al processo per arrivare a terminazione
R = (w+s)/s
Lo scheduling HRRN sceglie il processo con max R
Processi brevi hanno “prioritaʼ”
Implementa una sorta di “aging” implicito
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5.28
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
14
Code Multilivello con retroazione
CPU(i) = CPU(i-1)/2
stima del tempo di CPU P(i) = Base + CPU(i)/2 + nice
Un valore alto di P(i) indica prioritaʼ bassa
Base : serve per definire le code o classi di processi
Processi che usano molta CPU vengono penalizzati
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5.29
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
CPU scheduling deve bilanciare il carico e le condivisioni
tra I vari processori
Multiprogrammazione asimmetrica: un solo processore
accede alle strutture dati di sistema e gestisce la
suddivisione per tutti
Multiprogrammazione Simmetrica: ogni processore fa
scheduling autonomamente; Operating System Concepts – 7th Edition
5.30
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15
Multiprocessing Simmetrico: ogni processore si schedula
autonomamente;
Alternative: Coda comune
Code separate
Affinitaʼ di processo: meglio evitare che un processo
passi da un processore allʼaltro
Affinitaʼ forte: no switching Affinitaʼ debole: no switching preferito ma non
garantito
Bilanciamento del carico (in contrasto con lʼaffinitaʼ di
processo) Migrazione mediante push
Migrazione
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mediante pull 5.31
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Processori multipli sullo stesso chip
Ogni core ha il suo insieme di registri
Risparmio energetico e piuʼ veloce
Multi-threading
I Core possono schedulare diversi thread
Multi-Thread gestito in hardware
Dual core, dual thread = (virtualmente) 4 processori
Scheduling parallelo di processi e (hw thread)
Operating System Concepts – 7th Edition
5.32
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
16
