4.planificacion de uso del procesador

Planificacin de uso del procesador

Contenidos

(T5)Planificacin en VAX/VMS Planificacin en UNIX 4.4 BSD Estructuras de datos Clculo de prioridades Planificacin en W2K

Concepto de planificacin Estados de un proceso Planificador / Dispatcher Planificadores Algoritmos de planificacin Criterios de evaluacin Planificacin FIFO Planificacin SJFMtodo de prediccin

QuantumEscenarios de planificacin Ajuste de prioridad en W2K

Planificacin prioridades Planificacin Planificacin Planificacin multinivel

con con requisa round-robin con colas

Colas multinivel realimentadasPlanificacin del procesador2

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Concepto de planificacin (i)La ejecucin de un trabajo se compone de secuencias de procesador y de espera Objetivo de la planificacin:Incrementar el rendimiento global del sistema Maximizar el uso de la CPU

Ejemplos de planificacin:Multitarea cooperativa: Windows 3.x Multitarea expulsiva o apropiativa: Windows 2k

Planificacin del procesador

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Concepto de planificacin (ii)Estados de un proceso

Cola de listos

CPU

E/S

Cola de E/S

E/S

Cola de E/S

E/S

Cola de E/S


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Concepto de planificacin (iii)Planificador / DispatcherPlanificador o scheduler: Determina en quin es el siguiente proceso en hacer uso de la CPU Dispatcher o repartidor: Conmuta el procesador de un trabajo a otroCambio de contexto Ejecuta el proceso durante un momento Salva el estado del proceso en el BCPCP

Flags de estadoRegistros de propsito general Registros de operaciones en coma flotante Informacin relativa a la memoria: punteros a las tablas de pginas, punteros a las tablas de segmentos, TLB, etc.

Restaura el estado de otro proceso Transfiere el control al nuevo procesoPlanificacin del procesador5

Concepto de planificacin (iv)Proceso 1En ejecucinInterrupcin o llamada al sistema

Sistema operativoDispatcher Dispatcher

Proceso 2

Planificador

Listo

ListoDispatcher Dispatcher

En ejecucinInterrupcin o llamada al sistema

Planificador

En ejecucin

Listo

Planificador

Dispatcher

polticas mecanismos


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3

Concepto de planificacin (v)PlanificadoresPlanificador a largo plazoCarga del proceso en memoria Controla el grado de multiprogramacin

Planificador a corto plazoSelecciona entre los trabajos cargados en memoria y que estn listos para ejecutarse, cul har uso del procesador Debe ser muy rpido ya que entra en juego con una frecuencia muy alta

Planificador a medio plazoCarga y descarga trabajos (swap in-out) desde el disco a la memoria y de la memoria al disco en funcin del grado de sobrecarga del sistema


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Algoritmos de planificacin (i)Criterios de evaluacinGrado de utilizacin del procesador Rendimiento (Throughput)Trabajos completados por unidad de tiempo

Tiempo de estancia (Turnaround time)Tiempo transcurrido desde que se lanza hasta que finaliza

Tiempo de esperaTiempo que est un proceso en una cola (no ejecucin)

Tiempo de respuestaImportante en aplicaciones interactivas o de tiempo real (hasta la 1 respuesta del sistema)

Grado de sobrecargaRecursos que emplea el planificador: tiempo de procesador y memoriaPlanificacin del procesador8

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Algoritmos de planificacin (ii)

Planificacin Planificacin Planificacin Planificacin Planificacin Planificacin

FIFO primero el ms corto por prioridades

round robincon colas multinivel con colas multinivel realimentadas


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Planificacin FIFO (i)FIFO: First in first out primero en entrar, primero en salir Gestiona la cola de procesos listos como una cola FIFO Ventaja:Es el algoritmo ms sencillo de codificar

Inconveniente:Un proceso puede monopolizar la CPU efecto convoy Depende fuertemente de los tipos de trabajo y del instante en que llegan

Ejemplo:T1: 12 u.t., T2: 3 u.t., T3: 6 u.t. T1: 100 u.t., T2: 1 u.t., T3: 1 u.t., T4: 1 u.t.Planificacin del procesador10

5

Planificacin FIFO (ii)Ejemplo FIFOCaso 1:Trabajo 1 0 Trabajo 2 12 15 Trabajo 3 21

Caso 2:Trabajo 2 0 3 Trabajo 3 9 Trabajo 1 21

Los tiempos medios de respuesta varan dependiendo de cmo se encolen los trabajosCaso 1: t Caso 2: t = 16 respuesta = 11respuesta


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Planificacin FIFO (iii)Ejemplo FIFOCaso 1: Efecto convoyTrabajo 1 0 T2 T3 T4 100 101 102 103

Caso 2:T2 T3 T4 0 1 2 3 Trabajo 1 103

Los tiempos medios de respuesta varan dependiendo de cmo se encolen los trabajosCaso 1: t Caso 2: t = 101,5 u.t. respuesta = 27,25 u.t.respuesta


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Planificacin SJF (i)SJF: shortest job first primero el ms corto Asigna la CPU al trabajo con la siguiente rfaga ms pequea Calcula, de forma dinmica, la longitud de la siguiente rfaga de CPU para cada proceso Ventaja:Reduce los tiempos medios de respuesta

Inconveniente:Conocer cules van a ser las duraciones de las prximas rfagas de CPU de cada proceso Produce inanicin en procesos con rfagas largas


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Planificacin SJF (ii)Mtodo de prediccinLa siguiente rfaga de CPU se predice como una media exponencial de las longitudes medias en anteriores rfagas n+1 = tn + (1-) n Sea:tn: longitud de la n-sima rfaga de CPU n: valor predicho para la n-sima rfaga de CPU : parmetro de ajuste tn: contiene la informacin ms reciente n: contiene la historia pasada

Ejemplo:T1: 3 u.t., T2: 12 u.t., T3: 7 u.t., T4: 5 u.t. t respuesta = 13,25 u.t.Planificacin del procesador14

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Planificacin con prioridadesSe asigna la CPU al trabajo con la prioridad ms alta Las prioridades pueden definirse:Internamente: Segn los requisitos del SOTiempo de CPU, memoria usada, recursos empleados, etc.

Externamente: Requisitos ajenos al SOTipo de usuario, tipo de aplicacin, etc.

Estticas: No vara durante la vida del proceso Dinmicas: Vara a lo largo de la vida del proceso, dependiendo de las decisiones del planificador

Inconveniente:Produce inanicin en procesos de baja prioridad Solucin: Utilizar envejecimientoPlanificacin del procesador15

Planificacin con requisaEn los algoritmos anteriores, un proceso usa la CPU hasta pedir una E/S o terminar monopolizar la CPU Solucin: Un proceso puede desalojar al que usa la CPU Algoritmos con requisa (preemption):SJF con requisa Prioridades con requisa

Ejemplo: SJF con requisaT1: t = 0, 8 u.t. T2: t = 3, 4 u.t. T3: t = 2, 11 u.t.Trabajo 1 Trabajo 2 0 3 7 Trabajo 1 12Planificacin del procesador

Trabajo 3 2316

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Planificacin round-robin (i)Planificacin por turno rotatorio La CPU se asigna a cada proceso listo durante un cuanto de tiempo qEvita la monopolizacin de uso de CPU En sistemas de tiempo compartido

La cola de procesos preparados es FIFO Si la rfaga de CPU > q Interrupcin TIME-OUT Si la rfaga de CPU < q Liberacin de CPU Prestaciones: dependen fuertemente de q q round-robin degenera en FCFS q 0 CPU/n n es el nmero de procesos listosPlanificacin del procesador17

Planificacin round-robin (ii)Si q es muy pequeo se pierde mucho tiempo en el cambio de contexto. Disminuye la eficacia del procesador Si q es grande los tiempos de respuesta aumentan Regla emprica:El 80% de las rfagas de CPU deben ser menores que el cuanto

Problema:Slo existe una cola de trabajos preparados, no distingue entre tipos de trabajos


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Planificacin con colas multinivel (i)Objetivo: Diferenciar entre distintos tipos de trabajos Existen colas separadas en funcin del tipo de trabajo Cada cola tiene su propio algoritmo de planificacin Debe existir otro algoritmo para elegir la cola en cada momentoPrioridad alta Tareas del sistema Tareas interactivas Tareas de edicin Prioridad baja Tareas batchPlanificacin del procesador19

Planificacin con colas multinivel (ii)Colas multinivel realimentadasTcnicas adaptativasLos trabajos cambian de prioridad y de cola

Consideraciones:El algoritmo de planificacin de cada cola Mtodos para ascender y descender entre colas Dnde poner inicialmente a los trabajos+ PrioridadTareas de TR Quantum = 10 Quantum = 20 FCFSPlanificacin del procesador20

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Planificacin en VAX/VMS (i)Caractersticas:Entorno multiusuario Tiempo compartido Aplicaciones interactivas Planificacin de procesos

Planificacin con prioridades [0 31] y desalojo Procesos de usuario [0 15] : Prioridad base fija + offsetOffset: hasta 6 niveles sobre la prioridad baseSe beneficia a las tareas limitadas por E/S

Procesos de tiempo real [16 31] :Su prioridad no suele cambiarPlanificacin del procesador21

Planificacin en VAX/VMS (ii)+31

...16 15

Tareas de tiempo real

...0

Tareas ordinarias

Cont. W2KPlanificacin del procesador22

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Planificacin en UNIX 4.4 BSD (i)Caractersticas:Entorno multiusuario Tiempo compartido Aplicaciones interactivas Planificacin de procesos

Planificacin con prioridades dinmicas [127 0] y desalojoProcesos en modo supervisor [49 0] Procesos en modo usuario [127 50]

Existen 32 colasCola Prioridad / 4 q = 0,1 sPlanificacin del procesador23

Planificacin en UNIX 4.4 BSD (ii)Estructuras de datoswhichqs 0 0 1 0 1 qs Cola 0 Cola 1 Cola 2 Cola 3 Cola 4 Prio. 0-3 Prio. 4-7 Prio. 8-11 Prio. 12-15 Prio. 16-19 ... Cola 31 Prio. 124-127 Proc Proc Proc Proc Proc ... Indica qu cola contiene procesos listos


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Planificacin en UNIX 4.4 BSD (iii)Estructuras de datosEstructura proc:p_usrpri p_estcpu p_nice p_slptime Prioridad en modo usuario Tiempo de procesador acumulado Definido por el usuario [-20 +20] Tiempo bloqueado por algn evento

1 tick = 10 ms. Interrupciones de un reloj hardware


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Planificacin en UNIX 4.4 BSD (iv)Clculo de prioridadeshardclock()Incrementa el valor de p_estcpu del proceso activo hasta un mximo de 127 cada 1 tick

setpriority()Recalcula la prioridad de cada proceso cada 4 ticks: p_usrpri = PUSER + (p_estcpu/4) + 2p_nice

schedcpu()Recalcula las prioridades cada 1 s: p_estcpu = decay p_estcpu + p_nice (decrementa p_estcpu) donde: decay = 2 carga / (2 carga) + 1 p_estcpu = decayp_slptime p_estcpu

roundrobin() conmuta el procesador cada 100 msPlanificacin del procesador26

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Planificacin en W2K (i)Caractersticas:Entorno monousuario Tiempo compartido Aplicaciones interactivas o como servidor Planificacin de hilos

Planificacin apropiativa con prioridades [031]Tareas de tiempo real [16 31] Tareas ordinarias [1 15] Prioridades dinmicas: base + offset Prioridad 0: Zero page threadProceso inactivo del sistemaColas VAX/VMSPlanificacin del procesador27

Planificacin en W2K (ii)

Quantum1 tick:

q=q3 10 ms en sistemas monoprocesador i80x86 15 ms en sistemas multiprocesador i80x86

W2K Professional:6 unidades lgicas 2 ticks 20 ms Interactividad, tiempo de respuesta ms bajo

W2K Server:36 unidades lgicas Mejor rendimiento 12 ticks 120 msListo Ejecucin

Ensanchamiento de q:

W2K professional Valores: 6, 4 2 ticks Mejora tiempo de respuesta Aplicable a la tarea que se ejecuta en 1er. plano


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Planificacin en W2K (iii)El planificador se activa, cuando un hilo:Abandona el estado de ejecucin porque acaba su q, pasa al estado de espera o finaliza su ejecucin Pasa al estado de listo porque acaba de ser creado o finaliza una operacin de E/S Cambia de prioridad de forma implcita definida por el SO o de forma explcita definida pro el programador Cambia la afinidad de procesadorTerminado Ejecucin Espera Transicin ListoPlanificacin del procesador29

Standby

Planificacin en W2K (iv)Escenarios de planificacinConmutacin voluntariaEl hilo en ejecucin pasa al estado de espera Se elige el 1er. trabajo de la cola de mayor prioridadListo Ejecucin

Finalizacin del quantumSi la prioridad del hilo es la prioridad base

Espera

Si ha habido aumento de prioridad (no en tareas de TR)


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Planificacin en W2K (v)Escenarios de planificacinRequisaSi pasa al estado de listo un hilo de mayor prioridad que el que est en ejecucin Existe requisa para hilos en modo ncleo, si IRLQ

4.planificacion de uso del procesador

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