Tema del día: Implementación de Procesos y Planificación

Objetivos En esta clase trataremos de: Repasar el concepto de proceso e hilo. Analizar las cuestiones de implementación de procesos e hilos. Conocer las problemáticas de la planificación del uso del procesador así como las diversas estrategias propuestas para solucionarlas. Evaluar las ventajas y desventajas de cada estrategia de implementación.

En esta clase trataremos de:

Repasar el concepto de proceso e hilo.

Analizar las cuestiones de implementación de procesos e hilos.

Conocer las problemáticas de la planificación del uso del procesador así como las diversas estrategias propuestas para solucionarlas.

Evaluar las ventajas y desventajas de cada estrategia de implementación.

Repaso Qué es un proceso? Qué es un hilo?

Qué es un proceso?

Qué es un hilo?

Repaso Estados de un Proceso: Modelo de Cinco Estados Nuevo Listo Ejecutando Bloqueado Terminado

Estados de un Proceso:

Repaso Estados de un Proceso: Modelo con Estados Suspendidos Nuevo Listo Ejecutando Bloqueado Terminado Listo y Suspendido Bloqueado y Suspendido

Estados de un Proceso:

Implementación Atributos de un proceso: Bloque de control de procesos (PCB). Process ID. Estado. Registros y PC. Información de Memoria. Descriptores de Archivos Abiertos. Información de Contabilidad. Punteros a otras estructuras de datos del S.O.

Atributos de un proceso:

Bloque de control de procesos (PCB).

Process ID.

Estado.

Registros y PC.

Información de Memoria.

Descriptores de Archivos Abiertos.

Información de Contabilidad.

Punteros a otras estructuras de datos del S.O.

Planificación de la CPU Ejecución de un Proceso (a) Proceso CPU intensivo. (b) Proceso E/S intensivo.

Ejecución de un Proceso

Planificación de la CPU Terminología: Throughput : # de procesos ejecutados por unidad de tiempo (de principio a fin). Tiempo de retorno : tiempo que tarda en completar su ejecución un proceso. Tiempo de espera : tiempo total que pasa un proceso en la cola de listos. Tiempo de respuesta : tiempo transcurrido desde que se hace una solicitud hasta recibir la respuesta.

Terminología:

Throughput : # de procesos ejecutados por unidad de tiempo (de principio a fin).

Tiempo de retorno : tiempo que tarda en completar su ejecución un proceso.

Tiempo de espera : tiempo total que pasa un proceso en la cola de listos.

Tiempo de respuesta : tiempo transcurrido desde que se hace una solicitud hasta recibir la respuesta.

Planificación de la CPU Objetivos: Reparto equitativo de la CPU. Eficiencia (maximizar uso de la CPU). Minimizar tiempo de respuesta (interactivo). Minimizar tiempo de retorno (batch). Maximizar throughput (batch). Cumplir con tiempos límites (tiempo real).

Objetivos:

Reparto equitativo de la CPU.

Eficiencia (maximizar uso de la CPU).

Minimizar tiempo de respuesta (interactivo).

Minimizar tiempo de retorno (batch).

Maximizar throughput (batch).

Cumplir con tiempos límites (tiempo real).

Planificación de la CPU Tipos de Planificación: Nuevo Listo Ejecutando Bloqueado Terminado Listo y Suspendido Bloqueado y Suspendido Planificación a Largo Plazo Planificación a Mediano Plazo Planificación a Corto Plazo

Tipos de Planificación:

Planificación de la CPU Ejemplo: Proceso Tiempo CPU P1 24 P2 3 P3 3 Orden de llegada: P1, P2, P3 Tiempo de espera: P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27 Tiempo Medio de Espera: (0 + 24 + 27)/3 = 17 P 1 P 2 P 3 24 27 30 0

Ejemplo:

Orden de llegada: P1, P2, P3

Tiempo de espera: P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27

Tiempo Medio de Espera: (0 + 24 + 27)/3 = 17

Planificación de la CPU FCFS (First Come First Served) Orden de llegada: P2, P3, P1 Tiempo de espera: P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3 Tiempo Medio de Espera: (6 + 0 + 3)/3 = 3 Bastante Mejor que en el caso anterior... P 1 P 3 P 2 6 3 30 0

FCFS (First Come First Served)

Orden de llegada: P2, P3, P1

Tiempo de espera: P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3

Tiempo Medio de Espera: (6 + 0 + 3)/3 = 3

Bastante Mejor que en el caso anterior...

Planificación de la CPU SJF/SJN (Shortest Job First/Next): Asocia a cada proceso la longitud del mismo (en uso de la CPU). Selecciona el que tenga menor longitud. Existen dos variantes: Sin expulsión. Con expulsión (Shortest Remaining Time First). Es óptimo (minimiza el tiempo de espera) La dificultad está en calcular la longitud....

SJF/SJN (Shortest Job First/Next):

Asocia a cada proceso la longitud del mismo (en uso de la CPU).

Selecciona el que tenga menor longitud.

Existen dos variantes:

Sin expulsión.

Con expulsión (Shortest Remaining Time First).

Es óptimo (minimiza el tiempo de espera)

La dificultad está en calcular la longitud....

Planificación de la CPU SJF (Sin Expulsión) Proceso Arribo CPU P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 Tiempo de espera medio = (0+6+3+7)/4 = 4 P 1 P 3 P 2 7 3 16 0 P 4 8 12

SJF (Sin Expulsión)

Planificación de la CPU SRTF (SJF con Expulsión) Proceso Arribo CPU P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 Tiempo de espera medio = (9+1+0+2)/4 = 3 P 1 P 3 P 2 4 2 11 0 P 4 5 7 P 2 P 1 16

SRTF (SJF con Expulsión)

Planificación de la CPU SJF/SJN (Shortest Job First/Next): Es muy complejo calcular la longitud por adelantado.... Puede provocar inanición ante gran cantidad de procesos cortos. Sin expulsión no es adecuado para ambientes de tiempo compartido. Con expulsión penaliza a los procesos largos, con lo cual puede empeorar la inanición.

SJF/SJN (Shortest Job First/Next):

Es muy complejo calcular la longitud por adelantado....

Puede provocar inanición ante gran cantidad de procesos cortos.

Sin expulsión no es adecuado para ambientes de tiempo compartido.

Con expulsión penaliza a los procesos largos, con lo cual puede empeorar la inanición.

Planificación de la CPU Planificación por prioridades: A cada proceso se asocia una prioridad N. El planificador asigna la CPU al menor N. Sin expulsión. Con expulsión (preemptive). Problema: inanición. Solución: envejecimiento (aging).

Planificación por prioridades:

A cada proceso se asocia una prioridad N.

El planificador asigna la CPU al menor N.

Sin expulsión.

Con expulsión (preemptive).

Problema: inanición.

Solución: envejecimiento (aging).

Planificación de la CPU Cola Circular (Round Robin): A cada proceso se le cede la CPU durante un periodo de tiempo q (quantum de tiempo). Si hay n procesos, entonces la espera máxima es w = ( n -1)* q Desempeño: q grande: FCFS. q pequeño: si q es demasiado pequeño respecto del tiempo de cambio de contexto, el overhead puede ser demasiado alto...

Cola Circular (Round Robin):

A cada proceso se le cede la CPU durante un periodo de tiempo q (quantum de tiempo).

Si hay n procesos, entonces la espera máxima es w = ( n -1)* q

Desempeño:

q grande: FCFS.

q pequeño: si q es demasiado pequeño respecto del tiempo de cambio de contexto, el overhead puede ser demasiado alto...

Planificación de la CPU Ejemplo q =20: Proceso Tiempo CPU P1 53 P2 17 P3 68 P4 24 Normalmente tiempo de retorno mayor que SJF, pero menor tiempo de respuesta. P 1 P 2 P 3 P 4 P 1 P 3 P 4 P 1 P 3 P 3 0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162

Ejemplo q =20:

Normalmente tiempo de retorno mayor que SJF, pero menor tiempo de respuesta.

Bibliografía Esta clase debe ser ampliada viendo: Carretero (S.O. Visión Aplicada) (1ra. ed.): Capítulo 3: “Procesos”. Nutt (Sistemas Operativos): Capítulo 6: “Impl. Procesos, Hilos y Recursos”. Capítulo 7: “Planificación”.

Esta clase debe ser ampliada viendo:

Carretero (S.O. Visión Aplicada) (1ra. ed.):

Capítulo 3: “Procesos”.

Nutt (Sistemas Operativos):

Capítulo 6: “Impl. Procesos, Hilos y Recursos”.

Capítulo 7: “Planificación”.

Gracias ! Ing. Gabriel E. Arellano [email_address] http://www.gabriel-arellano.com.ar/so/ (2008) Gabriel E. Arellano Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. The GNU Free Documentation License as applicable to this document can be found at: http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html