Дисциплины диспетчеризации

Стратегии планирования (диспетчеризации)

Планирование процессов и диспетчеризация задач

Стратегия планирования определяет, какие процессы планируются на выполнение, чтобы достичь поставленной цели. Существует много стратегий, можно назвать некоторые из них:

a) по возможности заканчивать вычислительные процессы в том же самом

порядке, в котором они были начаты;

b) отдавать предпочтение более коротким процессам;

c) предоставлять всем процессам пользователей одинаковые услуги, в том

числе и одинаковое время ожидания.

Когда говорят о стратегии обслуживания, всегда имеют в виду понятие процесса, поскольку процесс может состоять из нескольких задач.

Известно большое количество правил (дисциплин) диспетчеризации, в соответствии с которыми формируется список (очередь) готовых к выполнению задач. Различают два больших класса таких дисциплин – бесприоритетные и приоритетные. При реализации приоритетных дисциплин отдельным задачам предоставляется преимущественное право попасть в состояние исполнения.

Рассмотрим кратко некоторые наиболее часто используемые дисциплины диспетчеризации.

Самой простой в реализации является дисциплина FCFS (first come – first served), согласно которой задачи обслуживаются в порядке очереди, т.е. в порядке их появления. Те задачи, которые были заблокированы в процессе работы, после перехода в состояние готовности ставятся в эту очередь перед теми задачами, которые еще не выполнялись, т.е. образуется две очереди – одна из новых задач, а вторая очередь – из ранее выполнявшихся, но попавших в состояние ожидания. Такой подход позволяет реализовать стратегию обслуживания «по возможности заканчивать вычислительные процессы в порядке их появления».

Рис.1. Дисциплина FCFS

К достоинствам этой дисциплины можно отнести простоту реализации и малые расходы системных ресурсов на формирование очереди задач.

Но она приводит к тому, что при увеличении загрузки вычислительной системы растет и среднее время ожидания обслуживания, причем короткие задания вынуждены ожидать столько же, сколько и трудоемкие задания. Избежать этого недостатка позволяют дисциплины SJN и SRT.

Дисциплина обслуживания SJN (shortest job next – следующим будет выполняться кратчайшее задание) требует, чтобы для каждого задания была известна оценка в потребностях машинного времени. Для этого были разработаны специальные языковые средства, например, язык JCL (job control language – язык управления заданиями). Пользователи должны были указывать предполагаемое время выполнения, а чтобы они не ловчили, ввели подсчет реальных потребностей. Если обнаруживался обман, то задание ставилось в конец очереди или оплата шла по более высоким тарифам.

Дисциплина обслуживания SJN предполагает, что имеется только одна очередь заданий, готовых к выполнению. И задания, которые в процессе своего выполнения были временно заблокированы, вновь попадают в конец очереди. Это приводит к тому, что задания, которым требуется очень немного времени для завершения, ожидают процессор наравне с длительными работами.

Для устранения этого недостатка была предложена дисциплина SRT (shortest remaining time) – следующее задание требует меньше всего времени для своего завершения.

Все эти три дисциплины могут использоваться для пакетных режимов обработки, когда пользователь сдает свое задание, не ожидает реакции системы, а ему нужен только результат вычислений. Для интерактивных вычислений желательно обеспечить приемлемое время реакции системы и равенство в обслуживании, если система является мультитерминальной. Для однопользовательских систем с возможностью мультипрограммной обработки желательно, чтобы программы, с которыми работают непосредственно, имели лучшее время реакции, чем фоновые задания. Для решения подобных проблем используется дисциплина обслуживания RR(round robin – круговая, карусельная) и приоритетные методы обслуживания.

Дисциплина RR предполагает, что каждая задача получает процессорное время порциями (квантами времени q). После окончания кванта времени q задача снимается с процессора, и он передается следующей задаче. Снятая задача ставится в конец очереди задач, готовых к исполнению. Для оптимальной работы системы необходимо правильно выбрать закон, по которому кванты времени выделяются задачам.

Величина кванта времени q выбирается как компромисс между приемлемым временем реакции системы на запросы пользователей и накладными расходами на частую смену контекста задачи (надо запоминать много информации для прерываний).

Дисциплина RR – это одна из самых распространенных дисциплин диспетчеризации. В своей простейшей реализации на предполагает, что все задачи имеют одинаковый приоритет. Для введения приоритетного обслуживания вводят несколько очередей. Процессорное время будет предоставляться в первую очередь тем задачам, которые стоят в самой привилегированной очереди. Если она пустая, то диспетчер задач начнет просматривать остальные очереди. По такому алгоритму действует диспетчер задач в Windows NT.

Рис.2. Дисциплина RR

Диспетчеризация без перераспределения процессорного времени, т.е. не вытесняющая многозадачность – это такой способ диспетчеризации процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдаст управление диспетчеру задач. Дисциплины FCFS, SJN, SRT относятся к не вытесняющим.

Диспетчеризация с перераспределением процессорного времени между задачами, т.е. вытесняющая многозадачность – это такой способ, при котором решение о переключении с одного процесса на другой принимается диспетчером задач, а не самой активной задачей. Дисциплина RR относится к вытесняющим.

Для сравнения алгоритмов диспетчеризации обычно используют следующие критерии:

a) использование (загрузка) CPU – центрального процессора;

b) пропускная способность CPU – количество процессов, выполняющихся в

единицу времени;

c) время оборота – интервал от момента появления процесса во входной

очереди до момента его завершения;

d) время ожидания – суммарное время нахождения в очереди готовых

процессов;

e) время отклика – время, прошедшее от момента попадания во входнуюъ

очередь до момента первого обращения к терминалу. Является важным для

интерактивных программ.

Правильное планирование сильно влияет на производительность всей системы.