Praktikum iz operativnihsistema

Lekcija 5: Rasporeivanje periodinih poslova

zima 2013/2014

Prof. dr Branimir Trenki

Uvod

Real-time aplikacija: Vie istovremenih periodinih poslova sa

individualnim vremenskim zahtevima Operativni sistem: Mora garantovati za svaku instancu ovih poslova

da e biti regularno aktivirana (odgovarajuim intezitetom)

da e izvrenje biti kompletirano unutar njenog deadline-a

Definicije

skup periodinih poslovaproizvoljni periodini posaoj-ta instanca (job) posla trenutak aktiviranje j-te instance posla faza posla : ( = ri,1);relativni deadline posla

Definicijedi,j apsolutni deadline j-te instance posla ti;

si,j poetak izvravanja j-te instance posla ; to jetrenutak kada instanca poinje izvravanje

fi,j vreme zavretka izvravanja j-te instance posla

HipotezeA1. Instance periodinog posla se regularno

aktiviraju konstantnim intezitetom. Interval Tiizmeu dve susedne aktivacije se nazivaperiodom posla

A2. Sve instance periodinog posla imaju isto vreme izvravanja u najgorem sluaju Ci

A3. Sve instance periodinog posla imaju isti relativni deadline Di, koji je jednak periodi Ti

A4. Svi poslovi u su nezavisni

Definicije Ako predpostavimo da hipoteze A1, A2, A3, i A4

vae

Periodini posao je potpuno odreen sa tri parametra:

vreme aktiviranja i apsolutni deadline k-te instance:

Definicije

Drugi parametri: Vreme odziva. To je vreme (mereno od

vremena aktiviranja) za koje je instanca kompletirana: Ri,k = fi,k ri,k

Kritina taka. To je trenutak u kome e aktiviranje instance proizvesti najdue vreme odziva

Kritina vremenska zona. To je intervalizmeu kritine take i trenutka kompletiranjana odgovarajui zahtev

Definicije

Relativni Jitter aktivacije. Maksimalna devijacija startnih vremena dve susedne instance:

RRJi = maxk |(si,k ri,k) (si,k-1 ri,k-1)| Apsolutni Jitter aktivacije. Maksimalna

devijacija startnih vremena bilo koje dve instance:ARJi = maxk (si,k ri,k) mink (si,k ri,k)

Relativni Jitter zavretka. Maksimalna devijacija vremena zavretka dve susedne instance:

RFJi = maxk |(fi,k ri,k) (fi,k-1 ri,k-1)|

Definicije

Apsolutni Jitter zavretka. Maksimalna devijacija vremena zavretka bilo koje dve instance:

AFJi = maxk (fi,k ri,k) mink (fi,k ri,k) Relativni Jitter izvrenja. Maksimalna devijacija

intervala izvrenja dve susedne instance:REJi = maxk |(fi,k si,k) (fi,k-1 si,k-1)|

Apsolutni Jitter izvrenja. Maksimalna devijacija intervala izvrenja bilo koje dve instance:

AEJi = maxk (fi,k si,k) mink (fi,k si,k)

Izvodljivost Periodini posao je izvodljiv

sve njegove instance se izvre pre njihovih deadline-ova

Za skup poslova se kae da je izvodljiv ili rasporedljiv

svi poslovi iz su izvodljivi

Iskorienost procesora

Za dati skup , n periodinih poslova, faktor iskorienosti procesora U je deo procesorskog vremena potroenog na izvrenje poslova iz skupa

Ci/Ti je deo procesorskog vremena potroenog na izvrenje posla

Iskorienost procesora

U mera optereenja CPU izazvanog izvravanjem skupa periodinih poslova

Poboljanje iskorienosti: poveanjem vremena izvrenja poslova smanjenjem njihovih perioda

Postoji maksimalna vrednost U ispod koje je rasporedljiv iznad koje nije rasporedljiv

Iskorienost procesora

Ta maksimalna vrednost zavisi od: skupa poslova (meusovne relacije izmeu perioda

poslova u skupu) algoritma koji se koristi za rasporeivanje

gornja granica vrednosti procesorske iskorienosti za skup poslova i algoritmam A

Kada je U = skup potpuno koristiprocesor

Dat algoritam A, Ulub(A) najnia gornja granica

Iskorienost procesora

Test rasporedljivosti

Ulub(A) definie vanu karakteristiku algoritma rasporeivanja, jer omoguuje jednostavnuproveru rasporedljivosti nekog skupa poslova

Ako je faktor iskorienosti nekog skupa poslovavei od jedan skup poslova ne moe biti rasporedljiv za bilo koji algoritam

Ciklino rasporeivanje

Timeline Scheduling (TS) Najee korieni pristup u rasporeivanju

periodinih poslova u vojnim sistemima, navigacionim sistemima, sistemima za monitorisanje

Primeri: Sistemi za kontrolu avio-saobraaja Space Shuttle Boeing 777

Ciklino rasporeivanje

Metod: Vremenska osa je podeljena na intervale

jednakih duina (time slice). Po off-line principu svakom intervalu se

dodeljuje jedan ili vie poslova na izvrenje Dodeljivanje mora biti saglasno aplikacionim

zahtevima Tajmer sinhronizuje aktivaciju poslova na

poetku time slice-a

Primer

++

msCCmsCC

CA

BA

2525Garancija izvodljivosti:

Sporedni ciklus

Glavni ciklus

Realizacija

Ciklino rasporeivanje

Prednosti:

Jednostavna realizacija (ne zahteva se real-time operativni sistem)

Dodatno procesorsko optereenje prouzrokovano izvravanjem algoritma je veoma malo

Omoguuje kontrolu jitter-a

Ciklino rasporeivanje

Nedostaci:

Tipini za off-line tehnike raspereivanja Nije robustan u toku preoptereenja Komplikovan postupak proirenja rasporeda Nije jednostavno upravljanje aperiodinim

poslovima

Problem preoptereenja

ta raditi u sluaju da posao nije kompletiran na granici sporednog (minor) ciklusa (overrun)?1.Pustiti da se izvravanje nastavi

moe se dogoditi domino efekat na sve ostale poslove (timeline break)

2.Prekid (abort) izvrenja posla sistem moe ostati u nekonsistentnom stanju,

izlaui opasnosti njegovo korektno ponaanje

Proirljivost

Ako je potreban upgrade jednog ili vie poslova, potrebno je ponovo uraditi re-dizajn itavog rasporeda

Primer: izvren je upgrade posla B

Proirljivost Mora se podeliti posao B na dva podposla (B1, B2)

i ponovo napraviti raspored:

++

+

CBA

BA

CCCCC

2

1Garancija izvodljivosti:

Proirljivost Promena frekvencije nekog posla je veoma

znaajna za rasporeivanje

pre posle

Primer

Deliti procedure A, B i C saglasno novom time-slice!

Prioritetno rasporeivanje

Metod: Svakom poslu se dodeljuje prioritet saglasno

vremenskim zahtevima (timing-u posla) Izvodljivost rasporeda se verifikuje analitikim

tehnikama Poslovi se izvravaju na kernelu koji se bazira na

prioritetima U biti prekidajui (preemptive) algoritmi

Algoritam monotonog inteziteta Rate Monotonic, RM Svakom poslu se dodeljuje fiksni prioritet,

saglasno njegovom intezitetu [Lui & Layland 73].

Verifikacija izvodljivosti Svaki posao koristi procesor deo ukupnog

vremena:Ui = Ci/Ti

Odatle je ukupna iskorienost procesora:

Up je mera optereanja procesora

Potreban uslov Ako je Up > 1 procesor je preoptereen skup

poslova ne moe biti rasporedljiv

Meutim, postoje sluajevi u kojima je Up < 1, ali skup poslova nije rasporedljiv sa RM-om

Neizvodljivi RM

Gornja granica iskorienosti

Napomena: Ako se C1 ili C2 povea, e prekoraiti svoj deadline!

Razliite gornje granice

Gornja granica Uub zavisi od prirode skupa poslova

Najnia gornja granica

Dovoljan uslov Ako je Up Ulub, skup poslova je sigurno

rasporedljiv sa RM algoritmom.

Ako je Ulub < Up 1, ne moe se nita rei o izvodljivosti rasporeda na datom skupu poslova

Ulub za RM 1973, Lui & Layland su dokazali da za skup od

n periodinih poslova:

RM rasporedljivost

RT test garancije Izraunavamo iskorienost procesora kao:

Test garancije (samo dovoljan):

Osnovne predpostavkeA1. Ci je konstanta za svaku instancu ;A2. Ti je konstanta za svaku instancu ;A3. Za svaki posao vai: Di = Ti;A4. Poslovi su nezavisni;

nema uslovljavanja sa prvenstvom izvravanja nema uslovljavanja resursima

RM Optimalnost RM je optimalan u odnosu na sve algoritme

sa fiksnim prioritetima: Ako postoji fiksno dodeljivanje prioriteta koje

dovodi do izvodljivog rasporeda za , tada jeRM dodeljivanje izvodljivo za

Ako nije rasporedljiv sa RM, tada se on ne moe rasporediti ni sa jednim algoritmom sa fiksnim prioritetima

Kritina vremenska taka Za bilo koji posao , najdue vreme odziva e

se desiti kada se on aktivira u isto vremekada i svi poslovimi koji imaju vii prioritet

RM Optimalnost Posmatramo skup od dva periodina posla i

sa T1 < T2 Ako prioriteti nisu dodeljeni saglasno RM tada

posao ima vei prioritet

U kritinim takama raspored je izvodljiv ako je zadovoljeno:

RM OptimalnostAko su prioriteti dodeljeni saglasno RM, tada posao ima vii prioritet. Moemo razlikovati dva sluaja:

- broj perioda posla koje su potpuno sadrane u T2

RM Optimalnostsluaj (a): uslov rasporedljivosti skupa

(F + 1)C1 + C2

RM Optimalnostsluaj (a): uslov rasporedljivosti skupa

(F + 1)C1 + C2

RM Optimalnostsluaj (b): uslov rasporedljivosti skupa

FC1 + C2

Izraunavanje Ulub Predpostavimo najgori mogui scenario za skup

poslova (istovremeno aktiviranje) Dodela prioriteta saglasno RM algoritmu Potpuna iskorienost procesora Izraunavamo gornju granicu Uub

postaviti vremena izvravanja poslova tako da se dostigne puna iskorienost procesora (fully utilize)

Minimiziramo Uub u odnosu na sve ostale parametre posla

Izraunavanje Ulub za 2 posla

Izraunavanje Ulub za 2 posla

Najvea mogua vrednost za C2:

Izraunavanje Ulub za 2 posla

Izraunavanje Ulub za 2 posla

Funkcija raste sa F, zato emo postaviti da je F = 1.Minimiziranje u odnosu na k = T2/T1, daje:

Najgori sluaj za 2 posla

Najgori sluaj za n poslova

Izraunavanje Ulub za n poslova

Ako definisemo Ri = Ti+1/Ti i kako je:1

1

1 TTRP n

n

ii ==

=Moemo pisati:

Izraunavanje Ulub za n poslova

Minimiziranjem u odnosu na Ri, imamo:

ni

ii

ub RzaPRR

U 12021 ===

Hiperbolika granica 2000, Bini & al. su dokazali da je skup od n

periodinih poslova rasporedljiv sa RM ako:

Skica dokaza

Skica dokaza

HB vs. LL

U1

Algoritam najranijeg deadline-a Earliest Deadline First, EDF Svakoj instanci (job) se dodeljuje apsolutni

deadlinedi,k = ri,k + Di

U bilo kom trenutku procesor se dodeljuje instanci sa najranijim deadline-om

Sa EDF-om, proizvoljni skup poslova moe koristiti procesor i do 100%

EDF - Primer

RM neizvodljiv raspored

EDF - Optimalnost Meu svim algoritmima, EDF je optimalan:

Ako postoji izvodljiv raspored za , tada e EDF garantovati izvodljiv raspored

Ako nije rasporedljiv sa EDF, tada on ne moe biti rasporedjen ni sa jednim algoritmom

EDF - Optimalnost

Izvodljivost je ouvana

EDF - Rasporedljivost 1973, Lui & Layland su dokazali da za skup od n

periodinih poslova vai:

To znai da je skup rasporedljiv sa algoritmom EDF ako i samo ako

Up 1

Praktikum iz operativnihsistemaUvodDefinicijeDefinicijeHipotezeDefinicijeDefinicijeDefinicijeDefinicijeIzvodljivostIskorienost procesoraIskorienost procesoraIskorienost procesoraIskorienost procesoraTest rasporedljivostiCiklino rasporeivanjeCiklino rasporeivanjePrimerRealizacijaCiklino rasporeivanjeCiklino rasporeivanjeProblem preoptereenjaProirljivostProirljivostProirljivostPrimerPrioritetno rasporeivanjeAlgoritam monotonog intezitetaVerifikacija izvodljivostiPotreban uslovNeizvodljivi RMGornja granica iskorienostiRazliite gornje graniceNajnia gornja granicaDovoljan uslovUlub za RMRM rasporedljivostRT test garancijeOsnovne predpostavkeRM OptimalnostKritina vremenska takaRM OptimalnostRM OptimalnostRM OptimalnostRM OptimalnostRM OptimalnostIzraunavanje UlubIzraunavanje Ulub za 2 poslaIzraunavanje Ulub za 2 poslaIzraunavanje Ulub za 2 poslaIzraunavanje Ulub za 2 poslaNajgori sluaj za 2 poslaNajgori sluaj za n poslovaIzraunavanje Ulub za n poslovaIzraunavanje Ulub za n poslovaHiperbolika granicaSkica dokazaSkica dokazaHB vs. LLAlgoritam najranijeg deadline-aEDF - PrimerRM neizvodljiv rasporedEDF - OptimalnostEDF - OptimalnostEDF - Rasporedljivost