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Sistemas Operacionais:
Escalonamento de
processos
Escalonamento
• Critérios de escalonamento
• Algoritmos de escalonamento
• Escalonamento em multiprocessadores
• Escalonamento tempo real
Características de processos
• Multiprogramação possibilita a máxima
utilização da CPU
• Processo:utilização da CPU e E/S
• Distribuição da utilização da CPU
Algoritmo de escalonamento
• Seleciona entre os processos prontos e na memória, qual irá ganhar a CPU
• O escalonamento pode ocorrer: 1. Um processo passa do estado executando para o estado espera (p.
exemplo, o processo solicita uma operação de E/S)
2. Um processo passa do estado executando para o estado pronto
3. Um processo passo do estado espera para pronto
4. Um processo é finalizado
• Escalonamento nas alternativas 1 e 4 é denominado não-preemptivo (nonpreemptive)
• As outras opções são denominadas preemptivo (preemptive)
Critérios para o escalonamento
• Utilização da CPU – utilizar o máximo da CPU
• Throughput – número de processos finalizados em
um dado intervalo de tempo
• Tempo de execução – tempo para finalizar a
execução de um determinado processo no sistema
• Tempo de espera – quantidade de tempo que o
processo ficou na fila de prontos
• Tempo de resposta – tempo entre a requisição e a
saída do primeiro resultado (sistemas interativos)
Otimizações
• Utilização máxima da CPU
• Throughput máximo
• Tempo de execução mínimo
• Tempo de espera mínimo
• Tempo de resposta mínimo
FCFS (First-come, first-served)
• Primeiro a chegar, primeiro a ser servido (sistemas não preeemptivos)
Process Burst Time
P1 24
P2 3
P3 3
• A ordem de chegada dos processos é P1, P2, P3. O gráfico de
Gantt para esse algoritmo é:
• Tempo de espera P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27
• Tempo médio de espera: (0 + 24 + 27)/3 = 17
P1 P2 P3
24 27 30 0
FCFS(2)
• Considerando a ordem de chegada P2, P3, P1
• O gráfico de Gantt
• Tempo de espera P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3
• Tempo médio de espera: (6 + 0 + 3)/3 = 3
• Melhor desempenho que o caso anterior
• “Efeito comboio”: todos os processos menores ficam esperando pelo processo maior utilizar a CPU
P1 P3 P2
6 3 30 0
SJF (Shortest Job First)
• Menor tarefa primeiro
• Cada processo é associado com o tempo de utilização da CPU (normalmente derivado das execuções anteriores)
• Dois esquemas:
– Não preeemptivo– quando um processo ganha a CPU ele é executado até o fim do período de utilização da CPU
– Preemptivo– se um processo chega com o tempo de duração da CPU menor que o tempo restante que do processo em execução, o escalomanento é realizado. Shortest-Remaining-Time-First (SRTF)
• SJF– fornece o menor tempo médio de espera para um dado conjunto de processos (solução ótima)
•
SJF não preemptivo
Process Arrival Time Burst Time
P1 0.0 7
P2 2.0 4
P3 4.0 1
P4 5.0 4
• Tempo médio de espera = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
P1 P3 P2
7 3 16 0
P4
8 12
SJF preemptivo
Process Arrival Time Burst Time
P1 0.0 7
P2 2.0 4
P3 4.0 1
P4 5.0 4
• Tempo médio de espera= (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
P1 P3 P2
4 2 11 0
P4
5 7
P2 P1
16
Determinando o tempo de uso da
CPU de um processo • Estimativas
• Normalmente baseadas nos ciclos de execução anteriores, utilizando a média exponencial
• = controla o peso da última execução sobre as execuções passadas
:Define 4.
10 , 3.
burst CPU next the for value predicted 2.
burst CPU of length actual 1.
1n
thn nt
.1 1 nnn t
Predição do tempo de execução
Utilizando a média exponencial
• =0
– n+1 = n
– A história recente não é considerada
• =1
– n+1 = tn
– Somente a última execução é considerada
• Expandindo a formula: n+1 = tn+(1 - ) tn -1 + …
+(1 - )j tn -j + …
+(1 - )n +1 0
• Desde que E (1 - ) são menores que 1, cada item um peso menor que o seu predecessor
Escalonamento por prioridades
• Cada processo tem uma prioridade associada (valor inteiro)
• Ganha a CPU o processo com maior prioridade (normalmente,
menor valor = maior prioridade)
– Preemptivo
– Não preemptivo
• SJF é um algoritmo baseado em prioridades, onde a prioridade
do processo é a estimativa do tempo de uso da CPU
• Problema Starvation (abandono de processos)–processos de
baixa prioridade podem não ganhar a CPU
• Solução Aging (envelhecimento)– durante a execução do
sistema, processos vão ganhando maior prioridade
Round Robin (RR)
• Alocação circular
• Cada processo ganha um pequeno tempo de CPU (na ordem de milissegundos) denominado quantum
• Cada processo ganha uma quantidade q de utilização da CPU
– q grande: FCFS (todos os processos executam até o FIM)
– q pequeno: haverá desperdício devido ao tempo necessário para a troca de contexto
Simulação do escalonamento RR
Process Burst Time
P1 53
P2 17
P3 68
P4 24
• Gráfico de Gantt:
• Normalmente, o throughput é menor, porém com um melhor tempo de resposta
P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3
0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162
Exercício
• Calcular o tempo médio de processamento
para os seguintes processos utilizando a
política de alocação circular (RR), para q =1,
2, 3, 4, 5, 6
Processo Tempo
P1 6
P2 3
P3 1
P4 7
Escalonamento com múltiplas filas
• A fila de prontos é separada em várias filas:
– fila para processos interativos
– fila para processos em lote
• Cada fila tem sua política de escalonamento
– RR para processos interativos
– FCFS para processos em lote
• Deve haver um escalonamento entre as filas
– Prioridade: primeiro a fila de processos interativos
(possibilidade de abandono de processos (starvation)
– Fatia de tempo para cada fila
Múltiplas filas e transferência entre
filas • Processos podem ser transferidos de fila
• Envelhecimento (aging): processo vai ganhando prioridade com o tempo
• Escalonador com múltiplas filas pode ser definido através dos seguintes parâmetros:
– Número de filas
– Algoritmos de escalonamento para cada fila
– Método utilizado para aumentar a prioridade do processo
– Método utilizado para diminuir a prioridade do processo
– Método utilizado para determinar qual fila o processo ficará quanto o mesmo solicita um serviço
Escalonamento com múltiplas filas
Escalonamento em
multiprocesadores • Escolher qual processo pronto vai executar em
qual CPU
• Simétrico
– Todas as estruturas de dados são acessadas por
todos os processadores
• Assimétrico
– Somente um processador tem acesso a estrutura de
dados do núcleo
Escalonamento no Linux (até 2.6)
• Dois algoritmos: tempo compartilhado e tempo real
• Tempo compartilhado
– Baseado em prioridades(“créditos”) – o processo com mais crédito é escalonado
– O crédito é subtraído quando um interrupção ocorre
– Quando crédito= 0, outro processo é escolhido
– Quando todos os processos tem crédito= 0, um novo cálculo dos créditos é realizado
• Baseado em fatores como prioridade e histórico
• Tempo real
– Soft real-time
– Duas classes de algoritmos
• FCFS e RR
• O processo de mais alta prioridade sempre executa
Escalonamento no Linux (a partir
2.6) • CFS: Completely Fair Scheduler
– Modela uma CPU ideal (todos os processos
ganham a quantidade de tempo que precisam para
executar)
– Wait_runtime: tempo em que o processo esperou
para ganhar a CPU. Idealmente 0
– Os processos são organizados em uma árvore
rubro-negra
• Ordenados pela tempo que elas devem ganhar a CPU
• Resolução em nanosegundos