Sistemas Operacionais: Escalonamento de processos

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1 Sistemas Operacionais: Escalonamento de processos

2 Escalonamento Critérios de escalonamento Algoritmos de escalonamento Escalonamento em multiprocessadores Escalonamento tempo real

3 Características de processos Multiprogramação possibilita a máxima utilização da CPU Processo:utilização da CPU e E/S Distribuição da utilização da CPU

4 Algoritmo de escalonamento Seleciona entre os processos prontos e na memória, qual irá ganhar a CPU O escalonamento pode ocorrer: 1. Um processo passa do estado executando para o estado espera (p. exemplo, o processo solicita uma operação de E/S) 2. Um processo passa do estado executando para o estado pronto 3. Um processo passo do estado espera para pronto 4. Um processo é finalizado Escalonamento nas alternativas 1 e 4 é denominado não-preemptivo (nonpreemptive) As outras opções são denominadas preemptivo (preemptive)

5 Critérios para o escalonamento Utilização da CPU utilizar o máximo da CPU Throughput número de processos finalizados em um dado intervalo de tempo Tempo de execução tempo para finalizar a execução de um determinado processo no sistema Tempo de espera quantidade de tempo que o processo ficou na fila de prontos Tempo de resposta tempo entre a requisição e a saída do primeiro resultado (sistemas interativos)

6 Otimizações Utilização máxima da CPU Throughput máximo Tempo de execução mínimo Tempo de espera mínimo Tempo de resposta mínimo

7 FCFS (First-come, first-served) Primeiro a chegar, primeiro a ser servido (sistemas não preeemptivos) Process Burst Time P 1 24 P 2 3 P 3 3 A ordem de chegada dos processos é P1, P2, P3. O gráfico de Gantt para esse algoritmo é: P 1 P 2 P Tempo de espera P 1 = 0; P 2 = 24; P 3 = 27 Tempo médio de espera: ( )/3 = 17

8 FCFS(2) Considerando a ordem de chegada P2, P3, P1 O gráfico de Gantt P 2 P 3 P Tempo de espera P 1 = 6; P 2 = 0 ; P 3 = 3 Tempo médio de espera: ( )/3 = 3 Melhor desempenho que o caso anterior Efeito comboio : todos os processos menores ficam esperando pelo processo maior utilizar a CPU

9 SJF (Shortest Job First) Menor tarefa primeiro Cada processo é associado com o tempo de utilização da CPU (normalmente derivado das execuções anteriores) Dois esquemas: Não preeemptivo quando um processo ganha a CPU ele é executado até o fim do período de utilização da CPU Preemptivo se um processo chega com o tempo de duração da CPU menor que o tempo restante que do processo em execução, o escalomanento é realizado. Shortest-Remaining-Time-First (SRTF) SJF fornece o menor tempo médio de espera para um dado conjunto de processos (solução ótima)

10 SJF não preemptivo Process Arrival Time Burst Time P P P P P 1 P 3 P 2 P Tempo médio de espera = ( )/4 = 4

11 SJF preemptivo Process Arrival Time Burst Time P P P P P 1 P 2 P 3 P 2 P 4 P Tempo médio de espera= ( )/4 = 3

12 Determinando o tempo de uso da CPU de um processo Estimativas Normalmente baseadas nos ciclos de execução anteriores, utilizando a média exponencial t n actual length of n n 1, 0 1 Define : th predicted value for CPU burst the next CPU 1. t n 1 n n burst = controla o peso da última execução sobre as execuções passadas

13 Predição do tempo de execução

14 Utilizando a média exponencial =0 n+1 = n A história recente não é considerada =1 n+1 = t n Somente a última execução é considerada Expandindo a formula: n+1 = t n +(1 - ) t n (1 - ) j t n -j + +(1 - ) n +1 0 Desde que E (1 - ) são menores que 1, cada item um peso menor que o seu predecessor

15 Escalonamento por prioridades Cada processo tem uma prioridade associada (valor inteiro) Ganha a CPU o processo com maior prioridade (normalmente, menor valor = maior prioridade) Preemptivo Não preemptivo SJF é um algoritmo baseado em prioridades, onde a prioridade do processo é a estimativa do tempo de uso da CPU Problema Starvation (abandono de processos) processos de baixa prioridade podem não ganhar a CPU Solução Aging (envelhecimento) durante a execução do sistema, processos vão ganhando maior prioridade

16 Round Robin (RR) Alocação circular Cada processo ganha um pequeno tempo de CPU (na ordem de milissegundos) denominado quantum Cada processo ganha uma quantidade q de utilização da CPU q grande: FCFS (todos os processos executam até o FIM) q pequeno: haverá desperdício devido ao tempo necessário para a troca de contexto

17 Simulação do escalonamento RR Process Burst Time P 1 53 P 2 17 P 3 68 P 4 24 Gráfico de Gantt: P 1 P 2 P 3 P 4 P 1 P 3 P 4 P 1 P 3 P Normalmente, o throughput é menor, porém com um melhor tempo de resposta

18 Exercício Calcular o tempo médio de processamento para os seguintes processos utilizando a política de alocação circular (RR), para q =1, 2, 3, 4, 5, 6 Processo Tempo P1 6 P2 3 P3 1 P4 7

19 Escalonamento com múltiplas filas A fila de prontos é separada em várias filas: fila para processos interativos fila para processos em lote Cada fila tem sua política de escalonamento RR para processos interativos FCFS para processos em lote Deve haver um escalonamento entre as filas Prioridade: primeiro a fila de processos interativos (possibilidade de abandono de processos (starvation) Fatia de tempo para cada fila

20 Múltiplas filas e transferência entre filas Processos podem ser transferidos de fila Envelhecimento (aging): processo vai ganhando prioridade com o tempo Escalonador com múltiplas filas pode ser definido através dos seguintes parâmetros: Número de filas Algoritmos de escalonamento para cada fila Método utilizado para aumentar a prioridade do processo Método utilizado para diminuir a prioridade do processo Método utilizado para determinar qual fila o processo ficará quanto o mesmo solicita um serviço

21 Escalonamento com múltiplas filas

22 Escalonamento em multiprocesadores Escolher qual processo pronto vai executar em qual CPU Simétrico Todas as estruturas de dados são acessadas por todos os processadores Assimétrico Somente um processador tem acesso a estrutura de dados do núcleo

23 Escalonamento no Linux (até 2.6) Dois algoritmos: tempo compartilhado e tempo real Tempo compartilhado Baseado em prioridades( créditos ) o processo com mais crédito é escalonado O crédito é subtraído quando um interrupção ocorre Quando crédito= 0, outro processo é escolhido Quando todos os processos tem crédito= 0, um novo cálculo dos créditos é realizado Baseado em fatores como prioridade e histórico Tempo real Soft real-time Duas classes de algoritmos FCFS e RR O processo de mais alta prioridade sempre executa

24 Escalonamento no Linux (a partir 2.6) CFS: Completely Fair Scheduler Modela uma CPU ideal (todos os processos ganham a quantidade de tempo que precisam para executar) Wait_runtime: tempo em que o processo esperou para ganhar a CPU. Idealmente 0 Os processos são organizados em uma árvore rubro-negra Ordenados pela tempo que elas devem ganhar a CPU Resolução em nanosegundos