8822

Планирование процессов в информатике

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Планирование процессов. Основные понятия планирования процессов Планирование - обеспечение поочередного доступа процессов к одному процессору. Планировщик - отвечающая за это часть операционной системы. Алгоритм планирования - используемый алгори...

Русский

2013-02-17

144 KB

23 чел.

Планирование процессов

4.1 Основные понятия планирования процессов

Планирование - обеспечение поочередного доступа процессов к одному процессору.

Планировщик - отвечающая за это часть операционной системы.

Алгоритм планирования - используемый алгоритм для планирования.

Ситуации, когда необходимо планирование:

  1.  Когда создается процесс
  2.  Когда процесс завершает работу
  3.  Когда процесс блокируется на операции ввода/вывода, семафоре, и т.д.
  4.  При прерывании ввода/вывода.

Алгоритм планирования без переключений (неприоритетный) - не требует прерывание по аппаратному таймеру, процесс останавливается только когда блокируется или завершает работу.

Алгоритм планирования с переключениями (приоритетный) - требует прерывание по аппаратному таймеру, процесс работает только отведенный период времени, после этого он приостанавливается по таймеру, чтобы передать управление планировщику.

Необходимость алгоритма планирования зависит от задач, для которых будет использоваться операционная система.

Основные три системы:

  1.  Системы пакетной обработки - могут использовать неприоритетный и приоритетный алгоритм (например: для расчетных программ).
  2.  Интерактивные системы - могут использовать только приоритетный алгоритм, нельзя допустить чтобы один процесс занял надолго процессор (например: сервер общего доступа или персональный компьютер).
  3.  Системы реального времени - могут использовать неприоритетный и приоритетный алгоритм (например: система управления автомобилем).

Задачи алгоритмов планирования:

  1.  Для всех систем
    Справедливость - каждому процессу справедливую долю процессорного времени
    Контроль над выполнением принятой политики
    Баланс - поддержка занятости всех частей системы (например: чтобы были заняты процессор и устройства ввода/вывода)
  2.  Системы пакетной обработки
    Пропускная способность - количество задач в час
    Оборотное время - минимизация времени на ожидание обслуживания и обработку задач.
    Использование процесса - чтобы процессор всегда был занят.
  3.  Интерактивные системы
    Время отклика - быстрая реакция на запросы
    Соразмерность - выполнение ожиданий пользователя (например: пользователь не готов к долгой загрузке системы)
  4.  Системы реального времени
    Окончание работы к сроку - предотвращение потери данных
    Предсказуемость - предотвращение деградации качества в мультимедийных системах (например: потерь качества звука должно быть меньше чем видео)

4.2 Планирование в системах пакетной обработки

4.2.1 "Первый пришел - первым обслужен" (FIFO - First In Fist Out)

Процессы ставятся в очередь по мере поступления.

Преимущества:

  •  Простата
  •  Справедливость (как в очереди покупателей, кто последний пришел, тот оказался в конце очереди)

Недостатки:

  •  Процесс, ограниченный возможностями процессора может затормозить более быстрые процессы, ограниченные устройствами ввода/вывода.

4.2.2 "Кратчайшая задача - первая"

 

Нижняя очередь выстроена с учетом этого алгоритма

 

Преимущества:

  •  Уменьшение оборотного времени
  •  Справедливость (как в очереди покупателей, кто без сдачи проходит в перед)

Недостатки:

  •  Длинный процесс занявший процессор, не пустит более новые краткие процессы, которые пришли позже.

4.2.3 Наименьшее оставшееся время выполнение

Аналог предыдущего, но если приходит новый процесс, его полное время выполнения сравнивается с оставшимся временем выполнения текущего процесса.

 

4.2.4 Трехуровневое планирование

 

Трехуровневое планирование

 

 

Планировщик доступа выбирает задачи оптимальным образом (например: процессы, ограниченные процессором и вводом/выводом).

Если процессов в памяти слишком много, планировщик памяти выгружает и загружает некоторые процессы на диск. Количество процессов находящихся в памяти, называется степенью многозадачности.

 

4.3 Планирование в интерактивных системах

4.3.1 Циклическое планирование

Самый простой алгоритм планирования и часто используемый.

Каждому процессу предоставляется квант времени процессора. Когда квант заканчивается процесс переводится планировщиком в конец очереди. При блокировке процессор выпадает из очереди.

 

Пример циклического планирования

 

Преимущества:

  •  Простата
  •  Справедливость (как в очереди покупателей, каждому только по килограмму)

Недостатки:

  •  Если частые переключения (квант - 4мс, а время переключения равно 1мс), то происходит уменьшение производительности.
  •  Если редкие переключения (квант - 100мс, а время переключения равно 1мс), то происходит увеличение времени ответа на запрос.

4.3.2 Приоритетное планирование

Каждому процессу присваивается приоритет, и управление передается процессу с самым высоким приоритетом.

Приоритет может быть динамический и статический.

Динамический приоритет может устанавливаться так:

П=1/Т, где Т- часть использованного в последний раз кванта

Если использовано 1/50 кванта, то приоритет 50.

Если использован весь квант, то приоритет 1.

Т.е. процессы, ограниченные вводом/вывода, будут иметь приоритет над процессами ограниченными процессором.

Часто процессы объединяют по приоритетам в группы, и используют приоритетное планирование среди групп, но внутри группы используют циклическое планирование.

 

Приоритетное планирование 4-х групп

 

4.3.3 Методы разделения процессов на группы

 

Группы с разным квантом времени

Сначала процесс попадает в группу с наибольшим приоритетом и наименьшим квантом времени, если он использует весь квант, то попадает во вторую группу и т.д. Самые длинные процессы оказываются в группе наименьшего приоритета и наибольшего кванта времени.

 

Процесс либо заканчивает работу, либо переходит в другую группу

Этот метод напоминает алгоритм - "Кратчайшая задача - первая".

 

Группы с разным назначением процессов

 

Процесс, отвечающий на запрос, переходит в группу с наивысшим приоритетом.

Такой механизм позволяет повысить приоритет работы с клиентом.

 

Гарантированное планирование

В системе с n-процессами, каждому процессу будет предоставлено 1/n времени процессора.

 

Лотерейное планирование

Процессам раздаются "лотерейные билеты" на доступ к ресурсам. Планировщик может выбрать любой билет, случайным образом. Чем больше билетов у процесса, тем больше у него шансов захватить ресурс.

 

Справедливое планирование

Процессорное время распределяется среди пользователей, а не процессов. Это справедливо если у одного пользователя несколько процессов, а у другого один.

 

4.4 Планирование в системах реального времени

Системы реального времени делятся на:

  •  жесткие (жесткие сроки для каждой задачи) - управление движением
  •  гибкие (нарушение временного графика не желательны, но допустимы) - управление видео и аудио

Внешние события, на которые система должна реагировать, делятся:

  •  периодические - потоковое видео и аудио
  •  непериодические (непредсказуемые) - сигнал о пожаре

Что бы систему реального времени можно было планировать, нужно чтобы выполнялось условие:

m - число периодических событий

i - номер события

P(i) - период поступления события

T(i) - время, которое уходит на обработку события

Т.е. перегруженная система реального времени является не планируемой.

 

4.4.1 Планирование однородных процессов

В качестве однородных процессов можно рассмотреть видео сервер с несколькими видео потоками (несколько пользователей смотрят фильм).

Т.к. все процессы важны, можно использовать циклическое планирование.

Но так как количество пользователей и размеры кадров могут меняться, для реальных систем он не подходит.

 

4.4.2 Общее планирование реального времени

Используется модель, когда каждый процесс борется за процессор со своим заданием и графиком его выполнения.

Планировщик должен знать:

  •  частоту, с которой должен работать каждый процесс
  •  объем работ, который ему предстоит выполнить
  •  ближайший срок выполнения очередной порции задания

Рассмотрим пример из трех процессов.

Процесс А запускается каждые 30мс, обработка кадра 10мс

Процесс В частота 25 кадров, т.е. каждые 40мс, обработка кадра 15мс

Процесс С частота 20 кадров, т.е. каждые 50мс, обработка кадра 5мс

Три периодических процесса

Проверяем, можно ли планировать эти процессы.

10/30+15/40+5/50=0.808<1

Условие выполняется, планировать можно.

Будем планировать эти процессы статическим (приоритет заранее назначается каждому процессу) и динамическим методами.

 

4.4.3 Статический алгоритм планирования RMS (Rate Monotonic Scheduling)

Процессы должны удовлетворять условиям:

  •  Процесс должен быть завершен за время его периода
  •  Один процесс не должен зависеть от другого
  •  Каждому процессу требуется одинаковое процессорное время на каждом интервале
  •  У непериодических процессов нет жестких сроков
  •  Прерывание процесса происходит мгновенно

Приоритет в этом алгоритме пропорционален частоте.

Процессу А он равен 33 (частота кадров)

Процессу В он равен 25

Процессу С он равен 20

Процессы выполняются по приоритету.

 

Статический алгоритм планирования RMS (Rate Monotonic Scheduling)

 

 

4.4.4 Динамический алгоритм планирования EDF (Earliest Deadline First)

Наибольший приоритет выставляется процессу, у которого осталось наименьшее время выполнения.

При больших загрузках системы EDF имеет преимущества.

Рассмотрим пример, когда процессу А требуется для обработки кадра - 15мс.

Проверяем, можно ли планировать эти процессы.

15/30+15/40+5/50=0.975<1

Загрузка системы 97.5%

Динамический алгоритм планирования EDF (Earliest Deadline First)

 

Алгоритм планирования RMS терпит неудачу.

PAGE  8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75979. Шлях до олімпу. Спортивне свято. 59 KB
  За перемогу в кожному конкурсі команда нагороджується одним Олімпійським кільцем; за друге місце двома за третє місце трьома кільцями. Перемагає та команда яка перша обміняється місцями не порушивши правил. Перемагає команда яка швидше зміниться місцями не порушуючи умов гри. Перемагає команда яка швидше зміниться місцями з найменшими порушеннями.
75980. Олімпійський урок свято. Швидше – вище – сильніше до спортивних висот 41.5 KB
  Слово ведучого Шановні діти гості Сьогодні ми проводимо Олімпійський урок під девізом: Швидше вище сильніше до спортивних висот. Майбутні олімпійці рівняйсь струнко Тамара Семенівно Дозвольте олімпійське свято розпочати олімпійський вогонь прапор внести. Право пронести олімпійський вогонь прапор надається Спортику і переможцям шкільних змагань. Олімпійський прапор 5 олімпійських кілець символізують єдність народів всіх континентів земної кулі та переплітаються зліва направо.
75981. Форми земної поверхні 237 KB
  Запишіть які форми земної поверхні переважають у вашій місцевості. Запишіть відповіді: так чи ні Стримують утворення ярів на горбистій місцевості такі заходи: правильний обробіток ґрунту; закріплення схилів; збереження рослинного покрову; часті літні зливи.
75982. Олімпійський урок 164.5 KB
  Мета: Познайомити учнів із історією олімпійських ігор, досягненнями українських спортсменів на олімпіаді в Пекіні, виховувати почуття патрітизму, прагнення до здорового способу життя...
75983. Тематичний вечір присвячений ювілею Бориса Олійника. «Іду. І поруч твердо Крокує честь – мій секундант» 133.5 KB
  Мені доля вручила перстень І сказала що вже до смерті Я розмічений і заверстаний В наростаючу круговерть. Що однині не буде спокою Ні вночі мені ані вдень І життя моє піде боком А не так як у всіх людей. Коли б земля так думалось мені Була мов куля та ще й оберталась...
75984. Опис репродукції картини М.П.Глущенка «Зима» 180.5 KB
  Мета: Ознайомити учнів з творчою діяльність М.П.Глущенка. Розвивати в учнів образне і логічне мислення. Духовно збагачувати внутрішній світ учнів. Формувати поняття пейзаж, колорит, композиційний центр і т.д. Вироблення вмінь і навичок аналізувати події, прикмети.
75985. Людина – живий організм. Організм людини. Шкіра – захисник організму 8.39 MB
  Мета: Формувати поняття про людину як живий організм та про тіло людини як єдиний організм, у якому всі органи залежать один від одного; дати знання про властивості шкіри як органа, розкрити її значення для людини; розвивати уміння спостерігати...
75986. Свято «Осіння казка» 69.5 KB
  Учитель. За народними переказами осінь перша старша дочка Сонця. Вона останньою залишила батьківський дім і стала на Землі четвертою порою року. Посилаючи осінь на землю, Сонце сказало їй: «Забирай все моє багатство. Я віддаю тобі все своє золото. Будь щедрою і люди будуть любити тебе».
75987. Літературно – музична композиція «Осінні етюди». Позакласний захід за творчістю Ліни Костенко з мультимедійним додатком 80 KB
  Осінь Зустрічайте її Входить дівчина в костюмі Осені Осінь. Слайд 1 Я Осінь - чарівна й ясна Я дивна наче казочка сама Тримаю пензлик у руках Малюю всюди тут і там Щоб догодити любі вам Щоб вміли ви красу кохати Щоб теж у руки пензлик брали Красу природи малювали.