Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
15) Кратчайшая задача - первая
Если в очереди есть несколько одинаково важных задач, планировщик выбирает первой самую короткую задачу.
Пусть у нас есть четыре задачи: A, B, C и D, со временем выполнения 8, 4, 4 и 4 мин соответственно. Если мы запустим их в данном порядке, оборотное время задачи А будет 8 мин, В - 12 мин, С - 16 мин, D - 20 мин, и среднее время будет равно 14 мин. Запустим задачи в другом порядке : B, C, D, A, со временем выполнения 4, 4, 4 и 8 мин соответственно. Теперь значения оборотного времени составляют 4, 8, 12 и 20 соответственно, а среднее время равно 11 мин. Алгоритм оптимизирует задачу. Рассмотрим четыре процесса со временем выполнения a, b, c и d. Первая задача выполняется за время а, вторая - за время a+b и т.д. Среднее оборотное время будет равно (4a+3b+2c+d)/4. Очевидно, что вклад времени а в среднее больше, чем всех остальных интервалов времени, поэтому первой должна выполняться самая короткая задача, а последней - самая длинная, вносящая вклад, равный собственному оборотному времени.
Следует отметить, что эта схема работает лишь в случае одновременного наличия задач. В качестве контрпримера можно рассмотреть 5 задач, A, B, C, D и E, причем первые две доступны сразу же, а три оставшиеся - еще через 3 минуты. Время выполнения этих задач составляет 2, 4, 1, 1 и 1 мин соответственно. Вначале можно выбрать только А и В, поскольку остальные недоступны. Если руководствоваться алгоритмом "Кратчайшая задача - первая", задачи будут запущены в следующем порядке: A, B, C, D, E, и среднее оборотное время составит 4,6 мин. Если же запустить их в порядке B, C, D, E, A, то среднее оборотное время составит 4,4 мин.
16) Алгоритмы планирования в интерактивных системах: В интерактивных системах часто используется алгоритм гарантированного планирования, обеспечивающий пользователям равные части процессорного времени.
17) Циклическое планирование: Одним из самых старых, простых, справедливых и наиболее используемых считается алгоритм циклического планирования. Каждому процессу назначается определенный интервал времени, называемый его квантом, в течение которого ему предоставляется возможность выполнения. Если процесс к завершению кванта времени все еще выполняется, то ресурс центрального процессора у него отбирается и передается другому процессу Разумеется, если процесс переходит в заблокированное состояние или завершает свою работу до истечения кванта времени, то переключение центрального процессора на другой процесс происходит именно в этот момент. Алгоритм циклического планирования не представляет сложности в реализации. На рис. 2.21, а показано, что от планировщика требуется всего лишь вести список процессов, готовых к выполнению. Когда процесс исчерпает свой квант времени, он, как показано на рис. 2.21, б, помещается в конец списка.
Единственное, что представляет интерес в циклическом планировании, — это продолжительность кванта времени. Переключение с одного процесса на другой требует определенного количества времени для выполнения задач администрирования — сохранения и загрузки регистров и карт памяти, обновления различных таблиц и списков, сброса на диск и перезагрузки кэша памяти и т. д. Предположим, что переключение процесса, или переключение контекста, как это иногда называют, занимает 1 мс, включая переключение карт памяти, сброс на диск и перезагрузку кэша и т. д. Также предположим, что значение кванта времени установлено на 4 мс. При таких параметрах настройки после 4 мс полезной работы центральному процессору придется затратить (то есть потерять) 1 мс на переключение процесса. Таким образом, 20% процессорного времени будет выброшено на административные издержки, а это, вне всякого сомнения, слишком много.
18) Приоритетное планирование: Два основных способа планирования - планирование, основанное на квантовании и приоритетное планирование.
Приоритетное планированеи использует приоритет процесса - число, характеризующее степень привилегированности процесса при использовании ресурсов вычислительной машины, в частности, процессорного времени: чем выше приоритет, тем выше привилегии.
Существует две разновидности приоритетных алгоритмов: алгоритмы, использующие относительные приоритеты, и алгоритмы, использующие абсолютные приоритеты.
В обоих случаях выбор процесса на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково: выбирается процесс, имеющий наивысший приоритет. По разному решается проблема определения момента смены активного процесса. В системах с относительными приоритетами активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЕ (или же произойдет ошибка, или процесс завершится). В системах с абсолютными приоритетами выполнение активного процесса прерывается еще при одном условии: если в очереди готовых процессов появился процесс, приоритет которого выше приоритета активного процесса. В этом случае прерванный процесс переходит в состояние готовности.
19) Алгоритм самый короткий следующий: невытесняющий алгоритм, в котором наивысший приоритет имеет самый короткий процесс.
Для того чтобы применять этот алгоритм, должна быть известна длительность процесса — задаваться пользователем или вычисляться методом экстраполяции. Для коротких процессов SJN обеспечивает лучшие показатели, чем RR, как по потерянному времени, так и по штрафному отношению.
SJN обеспечивает максимальную пропускную способность системы — выполнение максимального числа процессов в единицу времени, но показатели для длинных процессов значительно худшие, а при высокой степени загрузки системы активизация длинных процессов может откладываться до бесконечности. Штрафное отношение слабо изменяется на основном интервале значений t, но значительно возрастает для самых коротких процессов: такой процесс при поступлении в систему имеет самый высокий приоритет, но вынужден ждать, пока закончится текущий активный процесс. Растёт также дисперсия времени ожидания, а в результате трудно предсказать, когда какой-либо процесс будет обслужен.
20) Алгоритм гарантированного планирование: При интерактивной работе пользователей в вычислительной системе можно применить алгоритм планирования, который гарантирует, что каждый из пользователей будет иметь в своем распоряжении часть процессорного времени. Пронумеруем всех пользователей от до . Для каждого пользователя с номером i введем две величины: i - время нахождения пользователя в системе, или, другими словами длительность сеанса его общения с машиной, и i - суммарное процессорное время уже выделенное всем его процессам в течение сеанса. Справедливым для пользователя было бы получение i/ процессорного времени. Если
то i - й пользователь несправедливо обделен процессорным временем. Если же
то система явно благоволит к пользователю с номером i. Вычислим для каждого пользовательского процесса значение коэффициента справедливости
и будем предоставлять очередной квант времени процессу с наименьшей величиной этого отношения. Предложенный алгоритм называют алгоритмом гарантированного планирования. К недостаткам этого алгоритма можно отнести невозможность предугадать поведение пользователей. Если некоторый пользователь отправится на пару часов пообедать и поспать, не прерывая сеанса работы, то по возвращении его процессы будут получать неоправданно много процессорного времени.
21) Лотерейное планирование.
В основе алгоритма лежит раздача процессам лотерейных билетов на доступ к различным ресурсам, в том числе и к процессору. Когда планировщику необходимо принять решение, выбирается случайным образом лотерейный билет, и его обладатель получает доступ к ресурсу. Что касается доступа к процессору, «лотерея» может происходить 50 раз в секунду, и победитель получает 20 мс времени процессора.
Более важным процессам можно раздать дополнительные билеты, чтобы увеличить вероятность выигрыша. Если всего 100 билетов и 20 из них находятся у одного процесса, то ему достанется 20 % времени процессора. В отличие от приоритетного планировщика, в котором очень трудно оценить, что означает, скажем, приоритет 40, в лотерейном планировании все очевидно. Каждый процесс получит процент ресурсов, примерно равный проценту имеющихся у него билетов.
Лотерейное планирование характеризуется несколькими интересными свойствами. Например, если при создании процессу достается несколько билетов, то уже в следующей лотерее его шансы на выигрыш пропорциональны количеству билетов.
Взаимодействующие процессы могут при необходимости обмениваться билетами.Так, если клиентский процесс посылает сообщение серверному процессу и затем блокируется, он может передать все свои билеты серверному процессу, чтобы увеличить шанс запуска сервера. Когда серверный процесс заканчивает работу, он может вернуть все билеты обратно.
22) Многоуровневые очереди (Multilevel Queue)
Для систем, в которых процессы могут быть легко рассортированы на разные группы, был разработан другой класс алгоритмов планирования. Для каждой группы процессов создается своя очередь процессов, находящихся в состоянии готовность (см. рисунок 3.5). Этим очередям приписываются фиксированные приоритеты. Например, приоритет очереди системных процессов устанавливается больше, чем приоритет очередей пользовательских процессов. А приоритет очереди процессов, запущенных студентами, — ниже, чем для очереди процессов, запущенных преподавателями. Это значит, что ни один пользовательский процесс не будет
23) Многоуровневые очереди с обратной связью (Multilevel Feedback Queue)
Дальнейшим развитием алгоритма многоуровневых очередей является добавление к нему механизма обратной связи. Здесь процесс не постоянно приписан к определенной очереди, а может мигрировать из очереди в очередь, в зависимости от своего поведения.
Для простоты рассмотрим ситуацию, когда процессы в состоянии готовность организованы в 4 очереди, как на рисунке 3.6. Планирование процессов между очередями осуществляется на основе вытесняющего приоритетного механизма. Чем выше на рисунке располагается очередь, тем выше ее приоритет. Процессы в очереди 1 не могут исполняться, если в очереди 0 есть хотя бы один процесс. Процессы в очереди 2 не будут выбраны для выполнения, пока есть хоть один процесс в очередях 0 и 1. И, наконец, процесс в очереди 3 может получить процессор в свое распоряжение только тогда, когда очереди 0, 1 и 2 пусты. Если при работе процесса появляется другой процесс в какой-либо более приоритетной очереди, исполняющийся процесс вытесняется появившимся. Планирование процессов внутри очередей 0—2 осуществляется с использованием алгоритма RR, планирование процессов в очереди 3 основывается на алгоритме FCFS.
24) Алгоритм планирования windows 2000\2003:
Здесь приоритеты организованны в виде двух групп, или классов: реального времени и переменные. Каждая из групп состоит из 16 уровней приоритетов (рис. 5.10). Потоки, требующие немедленного внимания, находятся в классе реального времени, который включает такие функции, как осуществление коммуникаций и задачи реального времени [17].
Рис. 5.10. Планирование в Windows
В целом, поскольку W2K использует вытесняющий планировщик с учетом приоритетов, потоки с приоритетами реального времени имеют преимущество по отношению к прочим потокам. В однопроцессорной системе, когда становится готовым к выполнениюпоток с более высоким приоритетом, чем выполняющийся в настоящий момент, текущий поток вытесняется и начинает выполнятьсяпоток с более высоким приоритетом.
Приоритеты из разных классов обрабатываются несколько по-разному. В классе приоритетов реального времени все потоки имеют фиксированный приоритет (от 16 до 31), который никогда не изменяется, и все активные потоки с определенным уровнем приоритета располагаются в круговой очереди данного класса (tкв=20 мс для W2K Professional, 120 мс – для однопроцессорных серверов).
В классе переменных приоритетов поток начинает работу с базового приоритета процесса, который может принимать значение от 1 до 15. Каждый поток, связанный с процессом имеет, свой базовый приоритет, равный базовому приоритету процесса, или отличающийся от него не более чем на 2 уровня в большую или меньшую сторону. После активации потока его динамический приоритет может колебаться в определенных пределах – он не может упасть ниже наименьшего базового приоритета данного класса, т.е. 15 (для потоков с приоритетом 16 и выше никогда не делается никаких изменений приоритетов).
Когда же увеличивается приоритет потока? Во-первых, когда завершается операция ввода-вывода и освобождается ожидающий еепоток, его приоритет увеличивается, чтобы дать шанс этому потоку запуститься быстрее и снова запустить операцию ввода-вывода. Суть в том, чтобы поддержать занятость устройств ввода-вывода. Величина, на которую увеличивается приоритет, зависит от устройства ввода-вывода. Как правило, это 1 – для диска, 2 – для последовательной линии, 6 – для клавиатуры и 8 – для звуковой карты.
Во-вторых, если поток ждал семафора, мьютекса или другого события, то когда он отпускается, к его приоритету добавляется 2 единицы, если это поток переднего плана (т.е. управляет окном, к которому направляется ввод с клавиатуры), и одна единица – в противном случае. Таким образом, интерактивный процесс получает преимущество перед большим количеством других процессов. Наконец, если поток графического интерфейса пользователя просыпается, потому что стал доступен оконный ввод, он также получает прибавку к приоритету.
Эти увеличения приоритета не вечны. Они незамедлительно вступают в силу, но если поток использует полностью свой следующий квант, он теряет один пункт приоритета. Если он использует еще квант, то перемещается еще на уровень ниже и т.д. вплоть до своего базового уровня.
Последняя модификация алгоритма планирования W2K заключается в том, что когда окно становится окном переднего плана, все его потоки получают более длительные кванты времени (величина прибавки хранится в системном реестре).
25) Алгоритмы планирования в UNIX:
радиционное решение операционной системы UNIX состоит в использовании динамически изменяющихся приоритетов. При образовании каждого процесса ему приписывается некоторый устанавливаемый системой статический приоритет, который в дальнейшем может быть изменен с помощью системного вызова nice. Реальным критерием планирования выступает динамический приоритет, статический приоритет составляет основу начального значения динамического приоритета процесса. Все процессы с динамическим приоритетом не ниже порогового участвуют в конкуренции за процессор.
Таблица дескрипторов открытых файлов
Список структур ядра, описывающий все файлы, открытые этим процессом для ввода-вывода.
Другая информация, связанная с процессом
Динамическая часть контекста процесса — это один или несколько стеков, которые используются процессом при выполнении в режиме пользователя и в режиме ядра (в процессе прерываний и системных вызовов).
Планирование процессов
Презентация 3-04: планирование процессов
Основной проблемой организации многопользовательского (правильнее сказать, мультипрограммного) режима в любой операционной системе является организация планирования«параллельного» выполнения нескольких процессов. Операционная система должна обладать четкими критериями для определения того, какому готовому к выполнению процессу и когда предоставить ресурс процессора.
Наиболее распространенным алгоритмом планирования в системах разделения времени является кольцевой режим (Round Robin). Основной смысл алгоритма состоит в том, что время процессора делится на кванты фиксированного размера, а процессы, готовые к выполнению, выстраиваются в кольцевую очередь (см. Рисунок 1.40, «Схема планирования с кольцевой очередью»). У этой очереди имеются два указателя — начала и конца. Когда процесс, выполняющийся на процессоре, исчерпывает свой квант процессорного времени, он снимается с процессора, ставится в конец очереди, а ресурсы процессора отдаются процессу, находящемуся в начале очереди. Если выполняющийся на процессоре процесс откладывается (например, по причине обмена с некоторым внешним устройством) до того, как он исчерпает свой квант, то после повторной активизации он становится в конец очереди (не смог доработать — не вина системы). Это прекрасная схема разделения времени в случае, когда все процессы одновременно помещаются в оперативной памяти.
26) Алгоритмы планирования в linux:
Сразу после переключения контекста ядро запускает алгоритм планирования выполнения процессов (Рисунок 8.1), выбирая на выполнение процесс с наивысшим приоритетом среди процессов, находящихся в состояниях "резервирования" и "готовности к выполнению, будучи загруженным в память". Рассматривать процессы, не загруженные в память, не имеет смысла, поскольку не будучи загружен, процесс не может выполняться. Если наивысший приоритет имеют сразу несколько процессов, ядро, используя принцип кольцевого списка (карусели), выбирает среди них тот процесс, который находится в состоянии "готовности к выполнению" дольше остальных. Если ни один из процессов не может быть выбран для выполнения, ЦП простаивает до момента получения следующего прерывания, которое произойдет не позже чем через один таймерный тик; после обработки этого прерывания ядро снова запустит алгоритм планирования.
27)Взаимодействие потоков и проблемы синхронизации: Процессам часто нужно взаимодействовать друг с другом, например, один процесс может передавать данные другому процессу, или несколько процессов могут обрабатывать данные из общего файла. Во всех этих случаях возникает проблема синхронизации процессов, которая может решаться приостановкой и активизацией процессов, организацией очередей, блокированием и освобождением ресурсов.
Одной из важных характеристик ОС является возможность одновременного выполнения взаимосвязанных процессов. Надо сказать, что в распараллеливаниии процессов состоит один из основных резервов повышения быстродействия и эффективности ЭВМ.
28) Задача взаимного исключения. Это фундаментальная по своему назначению задача. Любая ОС, управляющая параллельными процессами, должна обеспечить тот или иной вариант реализации ее решения. Необходимо согласовать работу n>1 параллельных процессов при использовании некоторого критического ресурса таким образом, чтобы удовлетворить следующим требованиям:
29) Семафоры: объект, позволяющий войти в заданный участок кода не более чем n потокам.
Семафоры используются при передаче данных через разделяемую память.