Операционные системы. Управление ресурсами


Планирование процессов в реальных системах



2.3. Планирование процессов в реальных системах

Как мы отмечали выше, в реальных ОС при планировании процессорного времени применяются модификации и/или комбинации базовых алгоритмов, обеспечивающие большую эффективность и гибкость. Можно утверждать, что в реальных ОС применяются почти исключительно комбинированные методы, учитывающие как внешние приоритеты, так и поведение процесса, и степень загрузки ЦП, и, возможно, других ресурсов системы. Можно также утверждать, что дисциплины планирования без вытеснения в ОС общего назначения бесперспективны. Доживающая свой век Windows 3.x - последняя из современных ОС, применяющая кооперативную многозадачность.

По-видимому, в ближайшее время наиболее интенсивно будут применяться и развиваться интерактивные ОС и ОС, обеспечивающие режим клиент/сервер, поэтому современные ОС применяют дисциплины, отдающие предпочтение обменным процессам. Для таких ОС достаточно типичной можно считать следующую макросхему определения приоритетов процессов в очереди к ЦП. Наивысший абсолютный приоритет имеют системные процессы, которые не могут вытесняться. Далее - системные процессы, которые могут быть вытеснены. Наконец, низший приоритет имеют пользовательские процессы. Пользовательские процессы, в свою очередь, могут делиться на классы. Типовое деление включает в себя три класса:

  • с высоким приоритетом - процессы реального времени;
  • со средним приоритетом - интерактивные процессы;
  • с низким приоритетом - счетные (пакетные) процессы.

Внутри каждого класса предусматривается еще несколько градаций приоритета, которые могут назначаться пользователем. Наконец, ОС может формировать еще динамическую добавку к приоритету, зависящую от истории выполнения процесса, текущего состояния ресурсов и т.д. Эта добавка может повышать или снижать приоритет процесса внутри класса, но, как правило, не выводит процесс за пределы назначенного ему класса. Динамическая составляющая совершенно необходима для процессов класса с нормальным приоритетом (интерактивных), так как их поведение во время выполнения наиболее трудно предсказать. Процессы других классов ОС может планировать и по статическим приоритетам.

Общие закономерности в динамическом вычислении приоритетов можно свести к следующим:

  • приоритет процесса, долгое время находящегося в состоянии ожидания, повышается;
  • приоритет процесса, часто выполняющего операции ввода-вывода, повышается;
  • приоритет процесса, чаще получающего внешние сообщения и прерывания, повышается;
  • если приоритет процесса не повышается, он убывает.

Ниже мы рассматриваем два примера динамического вычисления приоритетов. Еще раз подчеркнем, что рассматриваемые нами алгоритмы относятся только к пользовательским процессам - системные процессы имеют абсолютный и более высокий приоритет.

ОС Unix [24] - система многопользовательская и многозадачная, ориентированная прежде всего на интерактивную работу - дает пример изящного алгоритма динамического вычисления приоритетов, называемого иногда "алгоритмом полураспада" - модификацию дисциплины RR. С каждым i-ым процессом связано некоторое приоритетное число P[i]. Чем оно меньше, тем выше приоритет процесса. Каждый новый процесс получает некоторое исходное значение приоритетного числа - P0, одинаковое для всех процессов. Кроме того, с каждым процессом связан счетчик процессорного времени U[i] с исходным значением 0. Процесс с наименьшим значением P[i] получает квант времени ЦП (при равенстве приоритетных чисел ЦП отдается процессу, ожидающему дольше). За время кванта интервальный таймер выдает несколько сигналов-прерываний. По каждому такому прерыванию счетчик U[i] активного (только активного!) процесса увеличивается на 1. Использование ЦП процессом заканчивается при истечении кванта или при переходе процесса в ожидание. При этом модифицируются счетчики процессорного времени всех (в том числе и неактивных) процессов: U[i] = U[i] / 2 и для всех процессов перевычисляются приоритетные числа: P[i] = P0 + U[i] / 2.

На рисунке 2.9 показан пример работы алгоритма полураспада для случая трех одновременно поступивших процессов A, B, C. Для этого примера мы задались начальным значением приоритетного числа P0=16 и размером кванта, равным 16 "тикам" таймера.

Поскольку Unix не накладывает ограничений на количество процессов, порождаемых одним пользователем, для ОС может оказаться более важным справедливое распределение ЦП не между процессами, а между пользователями. Эта задача решается незначительной модификацией алгоритма. С каждым процессом связывается еще и групповой счетчик процессорного времени G[i]. Этот счетчик с каждым "тиком" таймера увеличивается на 1 как у активного процесса, так и у всех процессов, принадлежащих тому же пользователю. В конце кванта G[i] также "полураспадается", а приоритетное число вычисляется, как: P[i] = P0 + U[i] / 2 + G[i] / 2.









Начало  Назад  Вперед


Книжный магазин