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Tema 5. Planificación de procesos
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ContenidoModelo del sistema y criterios de rendimiento
Algoritmo FCFS
Algoritmo SJF
Métodos basados en prioridades
Turno rotatorio (Round-Robin)
Métodos multicolas
Multiprocesadores
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Planificación de procesosEl sistema operativo decide:
qué proceso entra en la CPU cuando ésta queda libre;en qué momento el proceso que está en ejecución debe abandonar la CPU.
En otras palabras:El S.O. debe aplicar una política de planificación de procesos
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¿Qué buscamos?Podemos definir múltiples políticas de planificación de procesos: en orden de llegada, primero la tarea más breve, por orden de prioridad…
¿Qué política nos interesa más?
¿Qué objetivos mínimos debe cumplir una política de planificación?
¿Cómo valoramos si una política es mejor o peor que otra?
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Criterios de rendimientoSe usan varias magnitudes para medir el rendimiento de los algoritmos de planificación:
Utilización de CPU: % de tiempo que la CPU está ocupada Tiempo de retorno: tiempo transcurrido entre la llegada de un proceso y su finalización Tiempo de espera: tiempo que un proceso permanece en la cola de preparados Tiempo de respuesta: tiempo que un proceso bloqueado tarda en entrar en CPU, desde que ocurre el evento que lo bloquea
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Criterios de rendimiento
Posibles objetivos de la planificación: Minimizar el tiempo medio de espera o de retorno Maximizar la utilización de CPU Mantener el tiempo de respuesta por debajo de un valor máximo
Se pueden considerar las medias, valores extremos o varianzas de estas magnitudes.
No existe una política de planificación óptima para todos los criterios.
Habrá que llegar a un compromiso.
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Modelo del sistema: ráfagas de CPU y E/S
Podemos considerar que la vida activa de un proceso es una sucesión de:
ráfagas de CPU -> el proceso ejecuta instrucciones ráfagas de E/S -> el proceso utiliza o espera por la E/S
Según la utilización de los recursos, se observan:
procesos intensivos en CPU (ej. cálculos numéricos) procesos intensivos en E/S (ej. interactivos)
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Histograma de tiempos de ráfaga de CPU
duración de la ráfaga (milisegundos)0 4016 328 24
160
140
120
100
80
60
40
20
frec
uenc
ia
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Políticas expulsivas (preemptive)No expulsivas: el proceso que está en CPU la abandona cuando quiere (ej. FCFS)
problema de acaparamiento injusto de la CPUWindows 3.11, Apple Macintosh…
Expulsivas: el planificador puede desalojar al proceso que está en CPU
para implementar tiempo compartido y tiempo real, es necesaria una planificación expulsiva: Unix, Windows NT/XP, Mac OS X…
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Políticas expulsivas
CostoControlar el acceso a datos compartidos
procesos que comparten datos (necesario coordinar el acceso a los datos compartidos)Evitar que estructuras de datos del núcleo puedan quedar inconsistentes por los cambios de contexto
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Despachador (dispatcher)Módulo que cede el control de la CPU al proceso seleccionado por el planificador a corto plazo
Cambia de contextoCambia a modo usuarioSaltar al punto apropiado del programa de usuario
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FCFS (en orden de llegada)
2P34P29P1
DuraciónProceso
Calcular el tiempo de espera, tiempo de retorno y tiempo medio de espera si aplicamos el algoritmo FCFS suponiendo que llegan en el mismo instante en el siguiente orden: P1, P2, P3
Realizar los mismos cálculos suponiendo que llegan en el siguiente orden: P2, P3 y P1
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FCFS:ejemplo de diagrama de Gantt
Proceso DuraciónP1 9P2 4P3 2
P2P1 P3
Tiempos de espera: P1=0; P2=9; P3=13Tiempos de retorno: P1=9; P2=13; P3=15t. espera medio: (0+9+13)/3 = 7.3
Si P1 hubiera llegado el último, los tiempos hubieran mejorado bastante (espera media=3.3):
0 9 13 15
P2 P1P30 4 6 15
Diagrama de Gantt
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FCFS: característicasLa cola de preparados se gestiona como una FIFO
Simple de implementar
Muy sensible al orden de llegada de los procesos
Perjudica a los procesos intensivos en E/S (efecto convoy)
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SJF (primero el más corto)SJF = Shortest Job First
Entra en CPU el proceso con la ráfaga de CPU más breve.
Minimiza el tiempo de espera medio.
Versión expulsiva: Shortest Remaining Time First(SRTF). El proceso en CPU es desalojado si llega a la cola un proceso con duración más corta.
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SJF - ejemplo
5420
Llegada
1P34P4
4P27P1
DuraciónProceso
Calcular el tiempo medio de espera que resulta de aplicar un algoritmo SJF no expulsivo
Calcular el tiempo medio de espera que resulta de aplicar un algoritmo SJF expulsivo (SRTF)
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SJF - ejemploProceso Llegada Duración espera
SJFesperaSRTF
P1 0 7 0 9P2 2 4 6 1P3 4 1 3 0P4 5 4 7 2
P10
P3 P2 P4
P1 P2 P3 P2 P4 P1
7 8 12 16
0 2 4 5 7 11 16
SJF no expulsivoespera media: (0+6+3+7)/4=4
SJF expulsivoespera media: (9+1+0+2)/4=3
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SJF: inconvenientes
Riesgo de inanición de los procesos de larga duración.
El SJF no es implementable se pueden estimar las duraciones de los procesos, según su historia reciente.
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Planificación por prioridadesCada proceso tiene una prioridad; entra en CPU aquel con mayor prioridad.
la política puede ser expulsiva o no Prioridades definidas de forma interna (por el S.O.) o externa (por los usuarios) El SJF es un caso (prioridad=duración estimada)
Riesgo de inanición de los procesos con menos prioridad.
Solución: envejecimiento. Aumentar progresivamente la prioridad a los procesos en espera.
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Turno rotatorio (Round-Robin)Adecuado para implementar tiempo compartido
Como el FCFS, pero cada proceso dispone de un cuanto de tiempo máximo
si cuando expira el cuanto de tiempo el proceso continúa en CPU, el planificador lo desaloja y lo ingresa al final de la cola de preparados
La cola de preparados se gestiona como FIFO
Si el cuanto de tiempo es Q y hay N procesos en cola, el tiempo de respuesta es como mucho Q·(N-1)
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Round Robin: ejercicio
3P34P215P1
DuraciónProceso
Probar con Q=4, Q=2, Q=1
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Influencia del cuanto de tiempo (Q)
Si Q es muy grande, los procesos terminan sus ráfagas de CPU antes de que termine el cuanto: se comporta como un FCFS.
Si Q=>0, se tiende a un sistema en el que cada proceso dispone de un procesador a 1/N de la velocidad del procesador real (procesador compartido).
Ojo, si Q es muy pequeño, ocurren más cambios de contexto y baja el rendimiento.
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MulticolasVarias colas de preparados, cada una gestionada con una política diferente.
Las colas se reparten la CPU según alguna política: por prioridad absoluta un % de tiempo para cada cola
Multicolas con realimentación: posibilidad de que un proceso se mueva de una cola a otra, p.ej. si cambia su comportamiento Ej. UNIX: un proceso que lleva mucho tiempo en espera se mueve a una cola de más prioridad
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Multicolas - ejemplo
procesos del sistema (FCFS)
procesos interactivosde profesores (RR)
procesos interactivosde estudiantes (RR)
procesos por lotes (FCFS)
CPU
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Planificación en multiprocesadores
Mismo objetivo que con una CPU, pero ahora ampliamos el número de recursos disponibles para atender a los procesos.
¿Sirven las mismas políticas? (FCFS, SJF, RR)
¿Cómo gestionamos la cola de procesos preparados?
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Multiprocesadores:colas de procesos preparados
Varias alternativas:Una cola por procesador: A cada proceso de le asigna un procesador y sigue en él toda su vida. Ojo, la carga de trabajo puede quedar mal repartida. Una cola común: reparto más equilibrado, pero hay riesgos de inconsistencia si varios procesadores manipulan simultáneamente la cola(ej. ¡¡dos procesadores podrían elegir al mismo proceso!!)