Planificación del Procesador Capítulo 9

Principales objetivos del Scheduling Asignar procesos a ejecución por el procesador Minimizar tiempo de respuesta Maximizar throughput Maximizar eficiencia del procesador Minimizar tiempo de espera Satisfacer todos estos requerimientos al mismo tiempo es extremadamente difícil

Tipos de Scheduling Largo plazo Mediano plazo Corto plazo De I/O Determina qué programas son admitidos al sistema para ejecución Controla el grado de multiprogramación Mientras más procesos son admitidos, cada uno tendrá un porcentaje menor de uso del procesador Mediano plazo Determina si agregar más programas a los que ya están parcialmente o totalmente en memoria principal. Es parte de la función de swapping Corto plazo También conocido como el despachador, determina qué proceso es ejecutado en el procesador Se ejecuta frecuentemente  debe ser eficiente Evento típicos que gatillan al despachador: Interrupciones del reloj (quantum), interrupciones de I/O, llamados al sistemas, señales, etc. De I/O Determina cuál requerimiento pendiente de I/O se atiende primero

Relación tipo de scheduling y estado de un proceso

Criterios para un algoritmo de corto plazo El objetivo principal de un scheduler de corto plazo es asignar procesos a la CPU de tal forma de optimizar uno o más aspectos de rendimiento del sistema Desde el punto de vista del usuario Tiempo de respuesta Tiempo transcurrido entre el sometimiento (submission) de un requerimiento hasta que existe alguna salida o respuesta Ejemplo: maximizar el número de usuarios que experimentan dos segundos como tiempo de respuesta Tiempo turnaround o tiempo de reloj (TAT) Tiempo entre el sometimiento de un trabajo y el término de éste Desde el punto de vista del sistema Throughput: número de trabajos (procesos) por unidad de tiempo Utilización del procesador: porcentaje de tiempo que la CPU está ocupada ¿Qué sería importante en un sistema mono usuario?

Prioridades Si los procesos tienen asignada alguna prioridad, el scheduler siempre eligirá aquel proceso con prioridad más alta para ejecutar Usar varias colas para cada nivel de prioridad Problema: inanición Solución: permitir que un proceso cambie su prioridad en la medida que pasa el tiempo

Modo de decisión Apropiativo (Nonpreemptive) Una vez que el proceso entra a la CPU, continuará ejecutándose hasta que termina, se bloquea por una operación de I/O o realiza un llamado al sistema No apropiativo (Preemptive) El proceso en el estado de Running puede ser interrumpido por el SO y sacado del procesador Permite que ningún proceso monopolice la CPU

Aplicaciones clinicas: PET Regiones límbicas de individuos en tratamiento por abuso de drogas, son activadas al mirar videos con eventos relacionados con cocaína. Childress, A.R., et al. Limbic activation during cue-induced cocaine craving. American Journal of Psychiatry 156(1):11-18, 1999. CT PET Fusion Positron emission tomography shows that limbic regions in the brains of in-treatment cocaine users are activated by watching cocaine-related videos. Watching videos of nature scenes does not result in activation of these regions. This suggests that cue-induced craving for cocaine reflects activity in specific regions of the brain. (Greater activation is denoted by colors at the top end of the scale to right.) Paciente con cáncer al pulmón Positron Emission Tomography (PET) Scanning at Mayo Clinic Mayo Clinic www.mayoclinic.org/pet

PET dinámico Crump Institute for Molecular Imaging, UCLA

GATE: toolkit de simulación

Process Scheduling Example

El primero en llegar, el primero en ser servido First-Come-First-Served (FCFS) Cada proceso entra en la cola de listos Cuando el proceso actualmente en la CPU termina, el proceso que ha estado esperando más tiempo en la cola de listo es seleccionado para ejecución Note que un proceso corto podría esperar mucho tiempo antes de entrar a la CPU Favorece procesos pesados en CPU (CPU bound)

Otro ejemplo FCFS El rendimiento de FCFS es mejor para procesos largos Tiempo de Llegada Tiempo de servicio (Ts) Tiempo de inicio Tiempo de término TAT TAT/Ts W 1 X 100 101 Y 2 102 Z 3 202 199 1.99 promedio 26 TAT/Ts = TAT normalizado TAT es Turnaround Time

Round-Robin El SO interrumpe al proceso cuando el quantum de tiempo asignado termina Uso del reloj El próximo proceso seleccionado se determina con FCFS Procesos pesados en CPU son favorecidos con respecto a procesos pesados en I/O. ¿Por qué?

Un quantum pequeño favorece a procesos cortos Si el quantum es muy pequeño, muchos procesos necesitarán más de un intento en la CPU para producir algún tipo de resultado

Round Robin virtual Una forma de mejorar RR es VRR (round robin virtual) Cuando un proceso se desbloquea de I/O, en vez de ir a la cola de listos va a una cola auxiliar. Cuando el despachador necesita cargar un nuevo proceso en CPU, le da prioridad a los proceso de la cola auxuliar, pero el tiempo asignado es el quantum menos el tiempo que corrió la última vez que fue seleccionado de la cola de listos

El trabajo más corto (SPN) Se selecciona el proceso cuyo tiempo estimado de procesamiento es el menor Política apropiativa Procesos cortos son favorecidos sobre procesos largos Es posible inanición de procesos muy largos

El trabajo con tiempo restante menor (SRT) Versión no apropiativa del SPN Si llega un proceso nuevo con tiempo incluso menor que aquel que está en la CPU, se saca al que está en la CPU y se planifica el menor ¿Cómo estimar el tiempo restante?

Razón de respuesta más alto (HRRN) Highest Response Ratio Next La idea es Minimizar el TAT normalizado Minimizar el promedio entre todos los procesos Considere la siguiente razón R = razón de respuesta w = tiempo esperando por el procesador s = tiempo estimado de servicio Luego, el algoritmo elige aquel proceso con R más alto R = w + s

Feedback Si no es posible conocer o estimar el tiempo de servicio futuro, no se podría usar SPN, SRT, y HRRN. Una alternativa para dar preferencia a trabajos cortos es penalizar aquellos trabajos que han estado corriendo por más tiempo. Cuando un proceso entra al sistema, es colocado en una cola de prioridad RQ0. Después de ser desapropiado del procesador (quantum o I/O) y vuelve al estado de Ready, vuelve a una cola de prioridad más baja RQ1. Cada vez que sale y vuelve a la cola de listo, pasa a una cola de menor prioridad. Las colas se manejan con FCFS, excepto la de más baja prioridad, la que se maneja con Round-Robin