Scheduling. Tipi di processi. Classi di scheduling. P1 (CPU bound) P2 /I/O bound) Scheduling a lungo termine. A. Ferrari

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1 Scheduling A. Ferrari Tipi di processi CPU Bound Processi che sfru;ano pesantemente le risorse computazionali del processore, ma non richiedono servizi di ingresso/uscita dab al sistema operabvo in quanbtà rilevanb. Es. i programmi di calcolo matemabco, i quali necessitano spesso di un'enorme potenza di calcolo, ma sfru;ano l'i/o solo all'inizio della loro vita (per caricare gli input) ed alla fine di essa (per produrre gli output). I/O Bound molb accessi alle periferiche, il processo è spesso interro;o per a;endere il completamento delle richieste di I/O. P1 P2 Lungo burst di CPU In esecuzione P1 (CPU bound) P2 /I/O bound) In a;esa Corto burst di CPU A;esa completamento I/O tempo Classi di scheduling Nella gesbone delle risorse di un elaboratore, il fa;ore tempo porta a idenbficare tre Bpi di scheduling: Scheduling a breve termine Scheduling a medio termine Scheduling a lungo termine Scheduling a lungo termine E impiegato nella scelta dei programmi, presenb in memoria secondaria, da caricare in memoria centrale per la creazione dei corrispondenb processi individua i programmi da amme;ere all esecuzione regola la presenza in memoria centrale di processi I/O bound e CPU bound controlla il livello di mulbprogrammazione 1

2 Scheduling a medio termine GesBsce la permanenza in memoria dei processi non in esecuzione coordina le operazioni di trasferimento temporaneo dei processi in memoria secondaria (swap out): interviene nella gesbone dei processi in a;esa di evenb da lungo tempo Scheduling a breve termine Si occupa della selezione del nuovo processo da eseguire, quando il processo in esecuzione passa allo stato di a;esa o ritorna allo stato di pronto oppure termina un processo passa dallo stato di a;esa allo stato di pronto si verificano evenb parbcolari (interruput, chiamate al S. O.) Quando la CPU rimane inavva, il process scheduler (modulo del kernel) seleziona dalla ready queue (coda dei processi pronb) il prossimo processo a cui assegnare la CPU e decide da quale momento e per quanto tempo farlo eseguire. Context switch Il context switch (commutazione di contesto) è la fase in cui l uso della CPU passa da un processo p i al suo successivo p i+1 Nella fase di passaggio il SO realizza, in sequenza, le seguenb operazioni: Salvataggio dello stato del processo p i uscente Selezione del nuovo processo p i+1 RiprisBno dello stato del processo p i+1 entrante Si modifica, in questo modo, il contesto in cui lavora il processore. Durata del context switch Il tempo ublizzato dal SO per le operazioni di context switch, in rapporto al Bme- slice (quanto di tempo di CPU), non deve essere causa di riduzione dell efficienza della CPU lunghi tempi di risposta A tal fine, il tempo di context switch non deve superare il 25% del Bme- slice (solitamente di circa 100 ms) Dispatcher L effevva assegnazione della CPU al processo prescelto per l esecuzione è affidata al dispatcher, modulo del kernel che gesbsce il context switch il passaggio al modo utente il salto alla giusta posizione del programma utente (impostazione del program counter) PoliBche di scheduling: obievvi massimizzare il throughput (numero di processi utente completab nell unità di tempo) l ublizzo della CPU (percentuale media di ublizzo della CPU nell unità di tempo) minimizzare l overhead (numero di processi di sistema completab nell unità di tempo) il tempo di turnaround (tempo di permanenza di un processo nel sistema) il tempo di risposta (tempo trascorso tra l immissione di un comando e l emissione della prima risposta) il tempo di a;esa (tempo totale trascorso da un processo nello stato di pronto) garanbre fairness (equità) (imparzialità nell a;ribuzione dei Bme- slice ai processi) 2

3 Tipi di sistemi Ogni algoritmo di scheduling della CPU è finalizzato al raggiungimento di alcuni obievvi. Nei sistemi batch (elaborazione a lov) si cerca di massimizzare il throughput e di minimizzare l overhead. Nei sistemi interavvi (tempi di risposta immediab) è essenziale minimizzare i tempi di risposta e di a;esa dei processi. Parentesi storica IBM 7094 IBM 7094 The 7094 was IBM's most powerful scienbfic computer in It could perform 500,000 logical decisions, 250,000 addibons or subtracbons, 100,000 mulbplicabons, or 62,500 divisions in one second. It had hardware to do double- precision floabng- point arithmebc. The computer gained considerable I/O bandwidth from its separate data channels with direct memory access, and so it was also used to run business and general- purpose applicabons. The 7094 had an operabng system called IBSYS, and FORTRAN and COBOL compilers. A typical system cost $3,134,500. IBM stopped selling them in DaB tecnici Manufacturer: IBM Memory technology: magnebc core First introduced: 1963 Memory size: 32K 36- bit words CPU technology: transistor Cycle Bme: 2 microseconds (0.5 MHz) Sfru;are al massimo la potenza di calcolo Sistemi batch Non interavvità dei programmi Esecuzione non immediata ma rimandata nel tempo dei programmi Il termine batch risale all'epoca della programmazione per schede perforate. In quel contesto, i programmatori solitamente non avevano accesso dire;o al computer, bensì preparavano i propri programmi "off- line" e li passavano a un amministratore di sistema, il quale aveva il compito di mandarli in esecuzione quando possibile (accodandoli rispe;o ad altri programmi in esecuzione e spesso accorpando più programmi in un'unica unità di esecuzione), resbtuendo poi in seguito i risultab dell'elaborazione agli interessab. 3

4 Sistemi interavvi Nei sistemi interavvi il tempo di risposta deve essere il minimo possibile per dare l'idea di conbnuità all'utente e la proporzionalità deve essere rispe;ata, ossia il tempo di risposta deve essere proporzionale alla complessità dell'azione. Classificazione delle polibche di scheduling Le polibche di scheduling della CPU si differenziano in base a tre criteri di classificazione: senza prelazione/con prelazione senza priorità/con priorità stabche/dinamiche Prelazione (pre- rilascio) Priorità Poli%che senza prelazione (non pre- emp%ve) una volta che la CPU è stata assegnata ad un processo, essa non può più essergli tolta se non quando il processo ha esaurito il suo tempo di servizio o necessita di un'operazione di I/O. Poli%che con prelazione (pre- emp%ve) la CPU può essere forzatamente tolta al processo in corso di esecuzione per essere assegnata ad un altro processo. Poli%che senza priorità pongono i processi sullo stesso piano, dal punto di vista dell urgenza di esecuzione. Poli%che con priorità disbnguono e suddividono in classi i processi in stato di pronto, a secondala della loro importanza o urgenza di esecuzione. Sono necessarie nei sistemi real- Bme e interavvi. StaBche/dinamiche PoliBche di schedulazione Poli%che sta%che un processo conserva nel tempo i suoi diriv di accesso all unità centrale (priorità) Poli%che dinamiche i processi modificano nel tempo i propri diriv di accesso all unità centrale. FCFS: First Come First Served SJF: Shortest Job First - > (SRTF) Per priorità Round Robin 4

5 FCFS: First Come First Served La CPU è assegnata ai singoli processi in base al loro ordine nella coda dei processi pronb (ready queue), stabilito in base al tempo di arrivo oppure dal numero idenbficabvo (PID) La ready queue è gesbta in modalità FIFO (First In First Out) al processo che giunge nella ready queue viene a;ribuito l ulbmo posto della coda la CPU è assegnata al processo situato alla testa alla ready queue FCFS: cara;erisbche E senza prelazione: il processo in esecuzione travene la CPU sino al termine del suo tempo di servizio o fino a quando non necessita di un operazione di I/O Tende a penalizzare i processi I/O bound e quelli di breve durata, poiché costrev a lunghe a;ese dietro processi CPU bound Tempi di a;esa molto variabili e generalmente lunghi. La gesbone dei disposibvi è poco efficiente ed è adeguata per sistemi batch (mancanza di interavvità). SJF: Shortest Job First La CPU è assegnata al processo il cui intervallo di tempo previsto per l ublizzo della CPU è più breve Nel caso in cui più processi pronb presenbno gli stessi tempi di servizio, la scelta viene fa;a secondo la polibca FCFS SJF: due casi SJF senza prelazione il processo in esecuzione travene la CPU sino al termine del suo tempo di servizio o fino a quando non necessita di un operazione di I/O. SJF con prelazione se, ad un certo istante, nella coda dei processi pronb giunge un processo con un tempo di servizio più breve di quello che rimane (da completare) al processo in esecuzione, la CPU viene rilasciata e ceduta al processo appena arrivato (Shortest Remaining Time First - SRTF) Scheduling per priorità A ciascun processo, in fase di generazione, viene a;ribuito un livello di priorità, espresso da un numero intero La CPU è assegnata al processo che presenta la massima priorità. A parità di priorità, si ricorre alla polibca FCFS Per priorità: due casi Senza prelazione il processo in esecuzione travene la CPU sino al termine del suo tempo di servizio o fino a quando non necessita di un operazione di I/O. Con prelazione se nella coda dei processi pronb arriva un processo con priorità maggiore di quella del processo in esecuzione, questo rilascia la CPU, cedendola al processo appena arrivato. 5

6 Determinare la priorità Priorità definite dal S. O. (p. interna) Priorità definite dall utente (p. esterna) Priorità stabca una volta stabilita, non varia nel tempo Priorità dinamica varia nel tempo per evitare che alcuni processi possano essere bloccab per un tempo indefinito (starvabon), a causa della costante presenza nella ready queue di processi a più elevata priorità StarvaBon (a;esa indefinita) Una possibile soluzione allo starvabon è data dalla procedura di aging (invecchiamento): la priorità di un processo può aumentare al crescere del suo tempo di a;esa diminuire al crescere del tempo di CPU già ublizzato Round Robin La CPU viene assegnata, a turno, ad ogni processo per un certo periodo q di tempo massimo (Bme- slice o quanto di tempo) Se, alla fine di tale periodo, il processo in esecuzione non è terminato, esso viene ricondo;o nella coda dei processi pronb, all ulbma posizione Alla messa in esecuzione, il S. O. avvia un disposibvo Bmer, trascorso l intervallo q, il Bmer genera un interruzione che provoca il prerilascio della CPU Bme- slice Un Bme- slice troppo grande rischia di far tendere la polibca Round Robin a quella FCFS. Un Bme- slice troppo piccolo consente tempi di risposta brevi ma impegna eccessivamente la CPU per le operazioni di context switch, con conseguente calo della produvvità e dell efficienza del sistema. Nei sistemi reali il valore del Bme- slice che garanbsce buone prestazioni è compreso tra 20 e 50 millisecondi. 6

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