Scheduling della CPU Introduzione ai Sistemi Operativi Corso di Abilità Informatiche Laurea in Fisica

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1 Scheduling della CPU Introduzione ai Sistemi Operativi Corso di Abilità Informatiche Laurea in Fisica prof. Ing. Corrado Santoro A.A

2 Architettura di un sistema operativo Progr 1 Progr 2 Progr 3 Progr 4... Progr N System Call (or API Application Program Interface) CPU Scheduler Virtual Memory File System Other Services Device Driver Services Device Driver Device Driver... Device Driver HARDWARE Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 2

3 Il Concetto di Processo Un processo è un'istanza di programma in esecuzione E' caratterizzato da: Il codice (le istruzioni) del programma La memoria usata dal programma In un certo istante di esecuzione, un processo è caratterizzato anche da: Lo stato della CPU Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 3

4 Processi e scheduling In un moderno PC è possibile eseguire diversi processi contemporaneamente Tuttavia la CPU è una sola Compito dello scheduler è permettere il parallelismo assegnando la CPU ai processi Obiettivi dello scheduler Elevato Throughput Fairness Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 4

5 Uno sguardo alla storia: il batch processing Negli anni '70, si usava il modello batch (a lotti) Le applicazioni principali erano quelle di calcolo: Programma di elaborazione Sequenza di dati in input Output dei dati calcolati I programmi da eseguire, insieme ai dati in input, erano inseriti in una coda Lo scheduler ne prendeva uno per volta e lo eseguiva fino alla fine NO PARALLELISMO! Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 5

6 I Sistemi Multiprogrammati Multiprogrammazione: Possibilità di eseguire più processi contemporaneamente Implicazioni su: CPU Scheduling e gestione della memoria Pseudo-parallelismo (time-sharing): si basa sull'eseguire i processi un pezzetto per volta si assegna la CPU ad un processo per volta, ma per un tempo limitato Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 6

7 Batch vs. Multiprogramming Progr 1 Progr 2 Progr 3 Progr 4 CPU Scheduler Batch Batch Proc 1 Proc 2 Proc 3 Proc 4 Progr 1 Progr 2 Progr 3 Progr 4 CPU Scheduler Multiprogramming Multiprogramming (Time-Sharing) (Time-Sharing)... Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 7

8 Round-robin scheduling I processi sono inseriti in una coda Un timer hardware genera un segnale che causa l'attivazione dello scheduler Lo scheduler sospende il processo corrente e lo inserisce alla fine della coda estrae il processo successivo dalla testa della coda e lo manda in esecuzione fino al prossimo segnale del timer Proc 1 Proc 2 Proc 3 Proc 4 Scheduler Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 8

9 Round-robin scheduling Coda Coda dei dei processi processi Processo Processo in in esecuzione esecuzione Proc 1 Proc 2 Proc 3 Scheduler Proc 4 Proc 4 Proc 1 Proc 2 Scheduler Proc 3 Proc 3 Proc 4 Proc 1 Scheduler Proc 2 Proc 2 Proc 3 Proc 4 Scheduler Proc 1 Proc 1 Proc 2 Proc 3 Scheduler Proc 4 Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 9

10 Un paio di termini... Scheduler Tick Intervallo di tempo di attivazione dello scheduler In genere è 10ms Context Switch Procedura di sostituzione del processo corrente con il nuovo processo estratto dalla coda Scheduler Latency Durata della procedura di context switch Deve essere molto minore dello scheduler tick Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 10

11 Sequenza temporale dello scheduling Scheduler Tick Scheduler latency Proc 3 Proc 2 Proc 1 Scheduler 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms t Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 11

12 Context Switch: come avviene? Scheduler Tick Scheduler latency Proc 3 Proc 2 Proc 1 Scheduler 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms t Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 12

13 Context Switch: come avviene? Lo Lo stato stato della della CPU CPU viene viene salvato salvato Proc 2 Proc 1 Scheduler Lo Lo scheduler scheduler sceglie sceglie il il nuovo nuovo processo processo Qui, Qui, lo lo stato stato della della CPU CPU viene viene ripristinato ripristinato a a quello quello precedentemente precedentemente salvato salvato per per proc proc ms t Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 13

14 Stati di wait Un processo, consuma sempre tempo di CPU? Se un processo sta attendendo qualcosa (es): Dati che arrivano dalla rete Il completamento di un'operazione di lettura o scrittura di un blocco dati La pressione di un tasto da parte dell'utente ha senso assegnare comunque la CPU? Sarebbe inutile! Il processo non potrebbe proseguire perché è in attesa di qualcosa Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 14

15 Stato di wait Quando un processo necessita di un evento per poter proseguire (attende qualcosa) questa situazione è segnalata allo scheduler, il quale marca il processo in stato di wait I processi in stato di wait non vengono attivati dallo scheduler Quando arriva l'evento che sblocca l'attesa, il processo viene marcato come pronto (ready-to-run) e può essere attivato dallo scheduler Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 15

16 Scheduling e stati P 3 P2 P2 deve deve attendere attendere qualcosa, qualcosa, viene viene dunque dunque posto posto in in wait wait Accade Accade l'evento l'evento che che sblocca sblocca P2; P2; P2 P2 sarà sarà però però eseguito eseguito quando quando sarà sarà il il suo suo turno turno P 2 P 1 Sched t Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 16

17 Stati di un processo Possiamo allora definire uno stato di esecuzione di un processo che può assumere i valori RUNNING: il processo è in esecuzione e sta usando la CPU READY-TO-RUN: il processo non sta usando la CPU ma è pronto per l'esecuzione WAITING: il processo sta attendendo un evento esterno Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 17

18 Diagramma a stati di un processo RUNNING Il processo è stato avviato Lo scheduler gli ha assegna la CPU READY TO RUN Scade il quanto di tempo per il processo L'evento è accaduto, il processo può essere nuovamente schedulato Il processo deve attendere un evento WAITING Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 18

19 Scheduling e stati P 3 P2 P2 deve deve attendere attendere qualcosa, qualcosa, viene viene dunque dunque posto posto in in wait wait READY RUN READY Accade Accade l'evento l'evento che che sblocca sblocca P2; P2; P2 P2 sarà sarà però però eseguito eseguito quando quando sarà sarà il il suo suo turno turno RUN READY P 2 READY RUN WAIT READY RUN P 1 RUN READY RUN READY RUN READY Sched t Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 19

20 Conclusioni Lo scheduler permette l'esecuzione di diversi processi in uno stesso computer: assegna la CPU in modo dinamico ai vari processi Batch Scheduling: un processo per volta fino alla fine dell'esecuzione Time-sharing Scheduling: un pezzetto di processo per volta (pseudo-parallelismo) Round-robin: organizzazione dei processi in una coda circolare Context-switch: procedura che salva il contesto del processo in esecuzione e ripristina il contesto (precedentemente salvato) del processo che dovrà essere eseguito Corrado Santoro, Informatica, Introduzione ai Sistemi Operativi, Scheduling della CPU 20