planificaci - sistemas...

IntroduccionScheduling

MechanismsSeleccion de Estrategia

Estrategias No-apropiativasEstrategias Apropiativas

PlanificacionSistemas Operativos

Andres Felipe Barco Santa

Pontificia Universidad Javeriana

Febrero de 2010

Andres Felipe Barco Santa Planificacion




ConcurrenciaLa planificacionPlanificacion de hiloAbandonando la CPU

Concurrencia

Tan solo apariencia

Dado que todas las maquinas abstractas pareciecen queestuvieran ejecutandose a la misma vez, se dice que seejecutan concurrentemente: existe una apariencia deoperaciones simultaneas gracias a la alta velocidad demultiplexacion de la CPU.






Concurrencia

Tan solo apariencia

Dado que todas las maquinas abstractas pareciecen queestuvieran ejecutandose a la misma vez, se dice que seejecutan concurrentemente: existe una apariencia deoperaciones simultaneas gracias a la alta velocidad demultiplexacion de la CPU.

Esta concurrencia es la que brinda la capacidad demultiprogramacion.






La planificacion

Scheduler

La planificacion hace referencia a la tarea de manejar la CPUcompartiendola con una comunidad de procesos/hilos listospara correr.






La planificacion

Scheduler


scheduler policy: determina cuando un hilo debe serdesalojado de la CPU y cual hilo listo debe serasignado a continuacion.






La planificacion

Scheduler


scheduler policy: determina cuando un hilo debe serdesalojado de la CPU y cual hilo listo debe serasignado a continuacion.

scheduler mechanism: determina como un manejador deprocesos puede determinar que es tiempo demultiplexar la CPU, y como un hilo puede serasignado y removido de la CPU (cambios decontexto).






Planificacion de hilo

Figura: Tomado de Operating Systems, 3 Edition, Gary Nutt






Abandonando la CPU

Existen cuatro posibles razones para que un hilo abandone laCPU.






Abandonando la CPU


1 El hilo completa su ejecucion.






Abandonando la CPU


1 El hilo completa su ejecucion.2 El hilo realiza peticion de recursos y este no

esta disponible.






Abandonando la CPU



esta disponible.3 El hilo decide ceder la CPU voluntariamente.






Abandonando la CPU



esta disponible.3 El hilo decide ceder la CPU voluntariamente.4 El hilo es desalojado de la CPU porque el sistema decide

detener el hilo hasta nueva orden.





En el hardwareOrganizacion de planificacion de procesosEl planificador

En el hardware

Los mecanismos

Los mecanismos de planificacion de la CPU dependen decaracterısticas en el hardware, la mas importante es si lacomputadora esta o no configurada con un dispositivo de reloj.






En el hardware

Los mecanismos

Los mecanismos de planificacion de la CPU dependen decaracterısticas en el hardware, la mas importante es si lacomputadora esta o no configurada con un dispositivo de reloj.

Las demas funcionalidades del scheduler son implementadasen software.






Organizacion de planificacion de procesos

Conceptualmente el scheduler esta dividido en tres parteslogicas.







Conceptualmente el scheduler esta dividido en tres parteslogicas.

Encolador

Cuando un proceso cambia su estado a listo, su descriptor seactualiza para relfejar el cambio. El enqueuer asigna unpuntero del descriptor en la lista de procesos que esperan laCPU. El enqueuer puede computar una prioridad en el hilo opuede hacerse al momento de sacarlo de la lista.







Cambio de Contexto

Cuando el scheduler decide cambiar de un proceso a otro parael control de la CPU, el context switcher guarda todos los datosde los registros de la CPU (PC, IR, condition status, processorstatus, ALU status) en el descriptor del hilo.







Despachador

El dispatcher es invocado despues de que el proceso de laaplicacion ha sido desalojado de la CPU (el contexto deldispatcher es cargado para ejecutarse). Posteriormenteselecciona un hilo que este en lista de espera y le asigna laCPU (haciendo otro cambio de contexto desde el mismo haciael hilo).






El planificador





Grabando el ContextoCambio de ContextoComplejidad del CambioCompartir la CPU VoluntariamenteCompartir la CPU Involuntariamente

Grabando el Contexto

Encolador

El cambio de contexto afecta significativamente elcomortamiento del sistema, dado que los computadoresmodernos tienen varios registros generales y de estado.






Grabando el Contexto

Encolador

El cambio de contexto afecta significativamente elcomortamiento del sistema, dado que los computadoresmodernos tienen varios registros generales y de estado.

El cambio contexto usa ordinariamente las operacionesconvencionales de load y store para guardar la informacion delos registros.

(n + m) b x K time units






Cambio de Contexto






Complejidad del Cambio

Hipotesis

Un procesador requiere 50 nanosegundos para almacenar unaunidad de informacion (b x K = 50ns). Suponga un bus de32-bits y registros de 32-bits de ancho.







Hipotesis


Cada registro requiere 50 nanosegundos para almacenarsu contenido.







Hipotesis


Cada registro requiere 50 nanosegundos para almacenarsu contenido.

Si existen n = 32 registros de proposito general y m = 8registros de estados, el tiempo total para grabar losregistros es 40x50 nanosegundos, es decir, 2microsegundos.







Otros 2 microsegundos son usados para restaurar losregistros para que otro hilo ejecute







Otros 2 microsegundos son usados para restaurar losregistros para que otro hilo ejecute (ignorando el tiempo deseleccion de hilo).







Otros 2 microsegundos son usados para restaurar losregistros para que otro hilo ejecute (ignorando el tiempo deseleccion de hilo).El tiempo total es mas de 4 microsegundos dado el tiempode cambio de contexto del dispatcher y el tiempo tomadoen elegir el siguiente hilo.







Otros 2 microsegundos son usados para restaurar losregistros para que otro hilo ejecute (ignorando el tiempo deseleccion de hilo).El tiempo total es mas de 4 microsegundos dado el tiempode cambio de contexto del dispatcher y el tiempo tomadoen elegir el siguiente hilo.

Gasto

Un procesador de 1Ghz puede ejecutar una instruccion deregistro en 2 nanosegundos. Esto significa que durante los 4microsegundos requeridos para un cambio de contexto, elprocesador pudo haber ejecutado cerca de 2,000 instruccioneshaciendo trabajo util!!!






Compartir la CPU Voluntariamente

Yield

Parte de los mecanismos del scheduler es la forma invocarlo.La mas sencilla es permitiendo a los procesos/hilos invocar alplanificador explıcitamente, compartiendo la CPUvoluntariamente.







Yield

Parte de los mecanismos del scheduler es la forma invocarlo.La mas sencilla es permitiendo a los procesos/hilos invocar alplanificador explıcitamente, compartiendo la CPUvoluntariamente.

yield(r,s){memory[r] = PC;PC = memory[s];}






Compartir la CPU Involuntariamente

Interval Timer

El sistema de interrupciones fuerzan perdiodicamente a losprocesos a ejecutar la intruccion yield. El cuestion es incorporarun dispositivo de manejo de tiempo (interval timer device), elcual produzca una interrupcion cada vez que el tiempo expira.







Interval Timer

El sistema de interrupciones fuerzan perdiodicamente a losprocesos a ejecutar la intruccion yield. El cuestion es incorporarun dispositivo de manejo de tiempo (interval timer device), elcual produzca una interrupcion cada vez que el tiempo expira.

EL interval timer lanza una interrupcion cada K x T ticks dereloj. Este valor es programable por medio del numero de ticksdeseados y asignado por una funcion llamada programmableinterval timer.







IntervalTimer(){InterruptCount = InterruptCount - 1;if(InterruptCount <= 0){InterruptRequest = True;InterruptCount = K;}}







IntervalTimer(){InterruptCount = InterruptCount - 1;if(InterruptCount <= 0){InterruptRequest = True;InterruptCount = K;}}SetInterval(<programmable value>){K = <programmable value>;InterruptCount = K;}





Caracterısticas del PlanificadorCompartiendo la CPUModelo de EstudioMetricas

Caracterısticas del Planificador

Los algoritmos de planificacion modernos usan prioridadesinternas (prioridades), este determina una jerarquıa con la cualel dispatcher selecciona el proceso a ejecutar.








En prioridades externas cada usuario es asignado con unaprioridad estatica. Cuando un usuario crea un proceso laprioridad interna es obtenida con una funcion sobre laexterna.








En prioridades externas cada usuario es asignado con unaprioridad estatica. Cuando un usuario crea un proceso laprioridad interna es obtenida con una funcion sobre laexterna.

La prioridad tambien se puede definir dinamicamente porcircunstancias como la cantidad de tiempo que llevaesperando ser ejecutado.






Compartiendo la CPU

Si el planificador quiere compartir la CPU equitativamente a nprocesos, durante un intervalo de tiempo K ; cada proceso seejecutara en la CPU un intervalo de tiempo de K/n.






Compartiendo la CPU

Si el planificador quiere compartir la CPU equitativamente a nprocesos, durante un intervalo de tiempo K ; cada proceso seejecutara en la CPU un intervalo de tiempo de K/n.

Time Quantum

Si el planificador utiliza un interval timer, cada proceso seejecutara por un quantum de tiempo; tambien llamadotimeslice.






Modelo de Estudio

P = {Pi |0 <= i <= n} Conjunto de procesos modernos.






Modelo de Estudio


{Pi,j} Lista de hilos que representan el proceso Pi .






Modelo de Estudio



S(Pi,j) Estados posibles para cada hilo (running, ready,blocked)






Modelo de Estudio



S(Pi,j) Estados posibles para cada hilo (running, ready,blocked)

Service time

T (pi,j): tiempo en el cual el hilo debe estar corriendo en la CPUantes para completar su trabajo.






Wait time

W (pi,j): tiempo en el que el hilo espera en estado listo antes depasar por primera vez a la CPU.






Wait time

W (pi,j): tiempo en el que el hilo espera en estado listo antes depasar por primera vez a la CPU.

Turnaround time

pi,j ,TTRnd(pi,j): tiempo que pasa entre el primer momento en elque el hilo entra a lista de espera y el momento en el que elhilo se ejecuta por ultima vez.






Metricas

La metrica mas importante para medir el comportamiento delsistema es el Wait time (llamado response time en sistemas detiempo compartido), dado que al usuario le interesa el tiempoque debe esperar para que la aplicacion responda.





Planificacion no apropiativaPrimero en llegar primero en ser servidoTrabajo mas corto primeroPlanificacion con prioridadPlanificacion de Tiempo-Lımite

Planificacion no apropiativa

Nonpreemptive

Estas estrategias permiten a los hilos ejecutarse hasta suterminacion. Es decir, el hilo nunca vuelve a la lista de hiloslistos para correr.






Planificacion no apropiativa

Nonpreemptive

Estas estrategias permiten a los hilos ejecutarse hasta suterminacion. Es decir, el hilo nunca vuelve a la lista de hiloslistos para correr.

First Come First Served

Shorest Job Next

Priority Scheduling

Deadline scheduling






Primero en llegar primero en ser servido

FCFS

Esta estrategia asigna prioridad a los hilos con respecto alorden de llegada a la lista de espera.







FCFS

Esta estrategia asigna prioridad a los hilos con respecto alorden de llegada a la lista de espera.El enqueuer asigna laprioridad al entrar a lista y dispatcher ejecuta de acuerdo aestas.







FCFS

Esta estrategia asigna prioridad a los hilos con respecto alorden de llegada a la lista de espera.El enqueuer asigna laprioridad al entrar a lista y dispatcher ejecuta de acuerdo aestas.

Es facilmente implementable con una cola FIFO.






Trabajo mas corto primero

SJN

Suponga que se conocen de antemano los tiempos de serviciode los hilos. El planificador escoge para ejecucion el hilo cuyotiempo de servicio sea menor.







SJN


El promedio de tiempo de espera disminuye.







SJN


El promedio de tiempo de espera disminuye.Puede condenar a hilos con servicios largos si en la lista deespera hay constantemente hilos con servicios cortos.






Planificacion con prioridad

Priority Scheduling

En este tipo de clasificacion los hilos son asignados a la CPUde acuerdo a una prioridad externa. Esta se determina, porejemplo, con la prioridad del usuario, la naturaleza del hilo ocualquier otro criterio.







Priority Scheduling


Prioridades estaticas La prioridad es la misma durante laexistencia del hilo.







Priority Scheduling


Prioridades estaticas La prioridad es la misma durante laexistencia del hilo.

Prioridades dinamicas La prioridad puede variar durante laexistencia del hilo.






Planificacion de Tiempo-Lımite

Deadline Scheduler

Los sistemas de tiempo real fuertes (hard real-time systems)se caracterizan por poseer hilos que deben completar suejecucion antes de un tiempo lımite.







Deadline Scheduler

Los sistemas de tiempo real fuertes (hard real-time systems)se caracterizan por poseer hilos que deben completar suejecucion antes de un tiempo lımite. La forma de medir elcomportamiento es si el sistema puede asegurar cumplir loslımites de esos hilos.







Deadline Scheduler


Se debe conocer de antemano los tiempos de servicios delos hilos.







Deadline Scheduler


Se debe conocer de antemano los tiempos de servicios delos hilos.

Un hilo puede ser admitido en la lista de espera si y solo siel scheduler garantiza su ejecucion junto con los demashilos en espera.





Planificacion apropiativaRound RobinColas de multiples niveles

Planificacion apropiativa

Preemptive

En estas estrategias los algoritmos asignan la CPU a los hiloscon mayor prioridad. Cada vez que sea necesario se obliga alhilo que corre a realizar la operacion yield cuando se necesite.






Planificacion apropiativa

Preemptive

En estas estrategias los algoritmos asignan la CPU a los hiloscon mayor prioridad. Cada vez que sea necesario se obliga alhilo que corre a realizar la operacion yield cuando se necesite.

Round Robin

Multiple-Level Queues






Round Robin

RREs la estrategia mas usada en los sistemas de computo. Su objetivoes distribuir el uso de la CPU equitativamente a todos losprocesos/hilos. Cada uno con un intervalo de 1/n por cada unidad detiempo.






Round Robin


Cuando un hilo termina sin completar su quantum, al nuevo hilose le asigna un nuevo quantum entero.






Round Robin


Cuando un hilo termina sin completar su quantum, al nuevo hilose le asigna un nuevo quantum entero.Cuando llega un hilo se pone en la lista de espera pero suposicion exacta depende de las opciones.






Round Robin


Cuando un hilo termina sin completar su quantum, al nuevo hilose le asigna un nuevo quantum entero.Cuando llega un hilo se pone en la lista de espera pero suposicion exacta depende de las opciones.Si se posee una lista doblemente enlazada el nuevo procesosecoloca justo antes del ultimo proceso ejecutado.






Round Robin


Cuando un hilo termina sin completar su quantum, al nuevo hilose le asigna un nuevo quantum entero.Cuando llega un hilo se pone en la lista de espera pero suposicion exacta depende de las opciones.Si se posee una lista doblemente enlazada el nuevo procesosecoloca justo antes del ultimo proceso ejecutado.Se reinicia el reloj cada vez que asigna un nuevo hilo.






Colas de multiples niveles


Esta es una extension de la planificacion por prioridad. Existendiferentes “piscinas” de procesos con la misma prioridad. Elplanificador asigna procesos de acuerdo a una estrategia yhilos en los procesos de acuerdo a otra estrategia.






Colas de multiples niveles


Esta es una extension de la planificacion por prioridad. Existendiferentes “piscinas” de procesos con la misma prioridad. Elplanificador asigna procesos de acuerdo a una estrategia yhilos en los procesos de acuerdo a otra estrategia.

Suponga una lista dividida en sublistas. Se ejecuta en ordenascendente para que los procesos mas prioritarios se ejecutenantes que los demas.






Fin de la Clase

Nos vemos en la proxima!!!


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