Fundamentos de Sistemas Operacionais

Transcrição

1 Fundamentos de Sistemas Operacionais Aula 10: Escalonadores Preemptivos Diego Passos

2 Última Aula

3 Escalonadores Não-Preemptivos Escalonadores não-preemptivos agem: Quando um processo requisita E/S. Quando um processo termina. Quando um processo executa um yield. Escalonador FIFO: Processos aptos ficam em fila. Primeiro da fila ganha o processador. Novos processos entram no fim da fila. Escalonador SJF: Objetivo: reduzir o tempo de resposta. Processo com menor duração ganha o processador. Duração pode ter que ser estimada.

4 Escalonadores Preemptivos

5 Momentos de Ação Escalonadores preemptivos podem remover um processo do processador. Processos saem voluntariamente. Ou por imposição do escalonador. Exemplo: fim da fatia de tempo. Decisões de escalonamento ocorrem quando: Processos requisitam E/S. Processos terminam. Processos executam uma função do tipo yield. Interrupções ocorrem. Novos processos se tornam aptos.

6 Vantagens dos Escalonadores Preemptivos Têm a chance de rever suas decisões. A melhor decisão agora pode não ser a melhor daqui a 10 ms. Lidam melhor com processos interativos. Não é preciso aguardar o fim de um processo (ou um pedido de E/S) para executar outros. Divisão do processador pode ser mais igual. Responsividade do sistema aumenta. Utilizados em quase todos os sistemas de desktop hoje.

7 Desvantagens dos Escalonadores Preemptivos Tendem a ser mais complexos. Mais overhead. Tem códigos maiores. Mais propensos a erros de programação. Ocupam mais memória.

8 Escalonadores Preemptivos e Não- Preemptivos Alguns escalonadores podem ser implementados tanto de forma preemptiva, quanto não-preemptiva. Exemplo: SJF. Em uma versão preemptiva, ao chegar um novo processo, verifica se este é mais curto que o atual. Se for, preempta o atual e insere o novo no processador.

9 Escalonador Baseado em Prioridades

10 Funcionamento Cada processo recebe uma prioridade. Valor numérico. Indica a importância do processo. Em relação ao uso do processador. Quando há uma oportunidade de escalonamento: Escalonador varre lista de processos aptos. Processo com maior prioridade ganha o processador. Quando um novo processo chega, sua prioridade é comparada com a do processo atualmente em execução. Se for maior, novo processo ganha a vez.

11 Desempate Pode haver empate entre as prioridades. É necessário um critério para resolver isso. Qualquer critério pode ser utilizado: Mais comum é a ordem de chegada (como no FIFO). Duração do processo também pode ser usada (como no SJF).

12 Exemplo 1

13 Exemplo 2

14 Análise dos Exemplos Este escalonador pode levar processos a starvation. Novos processos de alta prioridade chegam constantemente ao sistema. Processo de baixa prioridade é sempre postergado. Poderia acontecer a partir de t=25 no exemplo 1.

15 Escolha das Prioridades A prioridade de um processo pode ser escolhida pelo usuário. Existe um valor padrão do sistema. Usuário pode requisitar um valor diferente. Há sistemas que determinam automaticamente uma prioridade. Baseada em características dos processos. Exemplo: Processos em background têm prioridade baixa. Processos em foreground têm prioridade alta.

16 Implementações Pode ser feita com uma lista de processos aptos. Toda lista é varrida a cada decisão de escalonamento. Pode ser feita com uma lista ordenada por prioridade. A cada decisão de escalonamento, apenas o primeiro da lista é visitado. Chegada de um novo processo exige uma inserção ordenada. Pode ser feito com várias filas. Uma fila por prioridade. Inserção é feita no final da fila da prioridade do processo. A cada decisão, escalonador varre as filas, da maior para a menor prioridade. Apenas o primeiro da fila é verificado.

17 Implementação por Múltiplas Filas

18 Escalonador Baseado em Fatia de Tempo (Round- Robin)

19 Funcionamento Escalonador escolhe os processos por ordem de chegada. Processos ganham pequenos intervalos de uso do processador. Chamados de fatia de tempo, slice, ou quantum. Tipicamente, da ordem de dezenas de ms. Quando sua fatia termina, processo é retirado do processador. Volta à lista de processos aptos.

20 Uso da Fatia de Tempo Processos podem não usar toda a sua fatia de tempo. Podem terminar antes. Podem requisitar uma operação de E/S. Podem executar um yield. Neste caso, escalonador escolhe o próximo processo. Novo processo ganha um quantum completo. Sua execução começa imediatamente. Independe do percentual da fatia utilizado pelo processo anterior.

21 Exemplo: Fatias de 5 Unidades de Tempo

22 Análise Processos passam pouco tempo esperando na fila. Tempo de espera é proporcional ao número de processos enfileirados. Quando o processo em questão chega à fila. Funciona bem para programas interativos. Ambientes com interface gráfica, várias janelas,... Não há possibilidade de starvation. Assim como no FIFO, processos sempre são eventualmente atendidos. Mesmo que um processo entre em loop, ele será preemptado e a fila andará. Isso não ocorria no FIFO.

23 Análise (mais) É o escalonador que age mais frequentemente. Toda vez que um quantum expira. Por isso, é o que traz o maior overhead. Suas execuções devem ser especialmente curtas. Do contrário, eficiência no uso do processador é baixa. Processos I/O Bound são prejudicados. Recebem o mesmo quantum, mas menos vezes que outros processos. Fatias raramente são totalmente utilizadas. Esperam o mesmo tempo na fila.

24 Tamanho da Fatia de Tempo Influencia no desempenho do escalonador. Geralmente, uma constante definida no projeto do SO. Algumas vezes, o SO avalia a velocidade do processador para decidir. Geralmente, uma constante para todos os processos. Algumas vezes, SO pode atribuir fatias diferentes para processos diferentes. Variando com o tipo de processo ou com uma prioridade. Raro.

25 Escolha da Fatia de Tempo Objetivo: Dar a impressão de processos executados ao mesmo tempo. Ter uma eficiência aceitável. Quanto maior a fatia, menor a impressão de paralelismo. Exemplo: uma fatia de 10 segundos. Quanto menor a fatia, maior o overhead. Solução: Escolher o menor valor possível, tal que o overhead esteja abaixo de um limiar aceitável.

26 Escolha da Fatia de Tempo (Exemplo) Considere: Processador de 1 GHz. Cada instrução leva 1 ciclo de CPU. Escalonador gasta 200 ciclos por mudança. Overhead máximo aceitável de 1%. Escalonador gasta 200 / 1 GHz = 200 ns (por execução). Uma fatia de 0,02 ms é o mínimo aceitável. Se trocarmos o processador por um de 100 MHz, mínimo passa a ser de 0,2 ms.

27 Fatias de Tempo com Prioridade

28 Funcionamento Junta duas políticas: Round-robin e por prioridades. São mantidas várias filas. Uma para cada prioridade. A cada decisão de escalonamento: O escalonador varre as filas, da mais prioritária para a menos prioritária. Ao encontrar uma fila não vazia, primeiro processo é escolhido. Processo ganha uma fatia de tempo. Após a execução, volta para o final da sua fila.

29 Implementação

30 Exemplo

31 Análise Realiza um round-robin na fila de prioridade mais alta que tenha processos prontos. Pode levar processos a starvation. Se constantemente há processos de alta prioridade prontos. Processos de baixa prioridade são indefinidamente postergados.

32 Escalonamento com Múltiplas Filas

33 Ideia Outra maneira de combinar várias políticas de escalonamento. Suponha que o sistema divida os processos em tipos: Exemplo: Background: tempo de resposta não é tão importante. Foreground: tempo de resposta é importante. O SO cria uma fila para cada classe de processos. Cada fila tem uma política de escalonamento diferente. Por exemplo, FIFO para os processos de background e Round-Robin para processos em foreground.

34 Ideia (mais) Há ainda um terceiro escalonador. Decide qual escalonador age em cada momento. i.e., qual classe de processos deve ser escalonada agora. A cada oportunidade de escalonamento: O terceiro escalonador decide entre as duas filas, de acordo com alguma política. O escalonador da fila escolhida aplica a sua política e escolhe um processo da sua fila.

35 Exemplo de Escalonamento com Múltiplas Filas Duas filas: FIFO (processos em background). Round-robin (processos em foreground). Escalonador principal escolhe uma das duas filas de acordo com a seguinte política: Se há processos na fila Round-robin, esta será escolhida. Senão, escolhe-se a fila FIFO. Um processo da fila FIFO em uso do processador pode ser preemptado pela chegada de um processo Roundrobin.

36 Análise Esquema utilizado quando há uma fácil divisão entre tipos de processos no sistema. Exemplo: Sistemas de tempo real com tarefas não-tempo real. Quando há tarefas de tempo real, estas sempre tem a prioridade. Quando não há tarefas de tempo real, outras podem ser executadas. Escalonadas de acordo com alguma outra política.

37 Revisão

38 Para Lembrar O que é um escalonador preemptivo. Escalonador baseado em prioridades. Funcionamento. Escalonador Round-robin. Funcionamento. Aplicações. Vantagens e desvantagens. Escolha da fatia de tempo. Fatias de tempo com prioridade. Funcionamento. Escalonamento com múltiplas filas. Motivação. Como pode ser feito.