บทที่ 6 การจัดลำดับงานของหน่วยประมวลผลกลาง CPU Scheduling แนวคิดพื้นฐาน Basic Concepts หลักการการจัดลำดับงาน Scheduling Criteria วิธีการจัดลำดับงาน Scheduling Algorithms การจัดลำดับงานของมัลติโปรเซสเซอร์ หรือหน่วยประมวลผลแบบหลายตัว Multiple-Processor Scheduling การจัดลำดับงานแบบเรียลไทม์ Real-Time Scheduling การจัดลำดับงานของเธรด Thread Scheduling ตัวอย่างระบบปฏิบัติการ Operating Systems Examples การจัดลำดับงานของเธรดในจาวา Java Thread Scheduling การประเมินวิธีการ Algorithm Evaluation

แนวคิดพื้นฐาน Basic Concepts

หลักการการจัดลำดับงาน Scheduling Criteria

วิธีการจัดลำดับงาน Scheduling Algorithms

การจัดลำดับงานของมัลติโปรเซสเซอร์ หรือหน่วยประมวลผลแบบหลายตัว Multiple-Processor Scheduling

การจัดลำดับงานแบบเรียลไทม์ Real-Time Scheduling

การจัดลำดับงานของเธรด Thread Scheduling

ตัวอย่างระบบปฏิบัติการ Operating Systems Examples

การจัดลำดับงานของเธรดในจาวา Java Thread Scheduling

การประเมินวิธีการ Algorithm Evaluation

แนวคิดพื้นฐาน Basic Concepts การใช้งานหน่วยประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือการทำงานแบบมัลติโปรแกรม หรือหลายโปรแกรมพร้อมกัน รอบการจัดการ หน่วยประมวลผล อินพุทเอ้าท์พุท หมายถึงการเอ็กซ์ซีคิวท์โปรเซสประกอบด้วยวงรอบของ การเอ็กซ์ซีคิวท์ของหน่วยประมวลผลและการรอคอยของอินพุทเอ้าท์พุท การกระจายการดำเนินการหน่วยประมวลผล

การใช้งานหน่วยประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือการทำงานแบบมัลติโปรแกรม หรือหลายโปรแกรมพร้อมกัน

รอบการจัดการ หน่วยประมวลผล อินพุทเอ้าท์พุท หมายถึงการเอ็กซ์ซีคิวท์โปรเซสประกอบด้วยวงรอบของ การเอ็กซ์ซีคิวท์ของหน่วยประมวลผลและการรอคอยของอินพุทเอ้าท์พุท

การกระจายการดำเนินการหน่วยประมวลผล

Alternating Sequence of CPU And I/O Bursts

Histogram of CPU-burst Times

ตัวจัดลำดับการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง CPU Scheduler เป็นผู้เลือกว่าโปรเซสใดในหน่วยความจำที่พร้อมจะเข้าทำการเอ็กซ์ซีคิวท์ และเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลกลาง การตัดสินใจในการจัดลำดับการทำงานหน่วยประมวลผลกลางก่อนหลัง เกิดขึ้นเมื่อโปรเซสมีเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นดังต่อไปนี้ เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากกำลังทำงานไปสู่สถานะการรอคอย เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากกำลังทำงานไปสู่สถานะพร้อมที่จะเข้าทำงาน เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากรอคอยไปสู่สถานะพร้อม เกิดเมื่อโปรเซสสิ้นสุดการทำงาน ทั้งนี้การจัดลำดับการทำงานดังกล่าวตั้งแต่ 1 ถึง 4 เป็นแบบ nonpreemptive หรือไม่คำนึงถึงลำดับความสำคัญของโปรเซส ในขระที่การจัดลำดับการทำงานในรูปแบบอื่นๆ เป็นไปแบบ preemptive หรือคำนึงถึงความสำคัญของโปรเซส

เป็นผู้เลือกว่าโปรเซสใดในหน่วยความจำที่พร้อมจะเข้าทำการเอ็กซ์ซีคิวท์ และเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลกลาง

การตัดสินใจในการจัดลำดับการทำงานหน่วยประมวลผลกลางก่อนหลัง เกิดขึ้นเมื่อโปรเซสมีเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นดังต่อไปนี้

เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากกำลังทำงานไปสู่สถานะการรอคอย

เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากกำลังทำงานไปสู่สถานะพร้อมที่จะเข้าทำงาน

เกิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากรอคอยไปสู่สถานะพร้อม

เกิดเมื่อโปรเซสสิ้นสุดการทำงาน

ทั้งนี้การจัดลำดับการทำงานดังกล่าวตั้งแต่ 1 ถึง 4 เป็นแบบ nonpreemptive หรือไม่คำนึงถึงลำดับความสำคัญของโปรเซส

ในขระที่การจัดลำดับการทำงานในรูปแบบอื่นๆ เป็นไปแบบ preemptive หรือคำนึงถึงความสำคัญของโปรเซส

ตัวควบคุมการทำงานของระบบ ( ดีสแพทเชอร์ ) Dispatcher โมดูลของดีสแพทเชอร์มีหน้าที่ในการควบคุมการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง เพื่อเลือกโปรเซส ในการทำงานจากตัวจัดลำดับการทำงานระยะสั้น โดยการทำสิ่งต่อไปนี้ สลับสภาพแวดล้อมในการทำงาน สลับการทำงานไปสู่โหมดผู้ใช้งาน กระโดดไปสู่พื้นที่ที่ถูกต้องในการทำงานของโปรแกรมที่ผู้ใช้งานนั้นๆ เพื่อการเรียกโปรแกรมนั้นกลับมาทำงานอีกครั้ง Dispatch latency หมายถึง ช่วงเวลาที่ถูกใช้ไปเพื่อการทำงานของดีสแพทเชอร์ ในการหยุดการทำงานของโปรเซสและทำให้อีกโปรเซสหนึ่งเริ่มทำงาน

โมดูลของดีสแพทเชอร์มีหน้าที่ในการควบคุมการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง เพื่อเลือกโปรเซส ในการทำงานจากตัวจัดลำดับการทำงานระยะสั้น โดยการทำสิ่งต่อไปนี้

สลับสภาพแวดล้อมในการทำงาน

สลับการทำงานไปสู่โหมดผู้ใช้งาน

กระโดดไปสู่พื้นที่ที่ถูกต้องในการทำงานของโปรแกรมที่ผู้ใช้งานนั้นๆ เพื่อการเรียกโปรแกรมนั้นกลับมาทำงานอีกครั้ง

Dispatch latency หมายถึง ช่วงเวลาที่ถูกใช้ไปเพื่อการทำงานของดีสแพทเชอร์ ในการหยุดการทำงานของโปรเซสและทำให้อีกโปรเซสหนึ่งเริ่มทำงาน

หลักการในการจัดลำดับการทำงาน Scheduling Criteria การใช้งานหน่วยประมวลผลกลางให้เกิดประโยชน์สูงสุด CPU utilization หมายถึงการทำให้หน่วยประผลกลางถูกทำงาน หรือใช้งานให้มากที่สุด ผลสัมฤทธิ์ Throughput หมายถึง จำนวนโปรเซสที่สามารถทำงานเสร็จสิ้นหรือทำการเอ็กซ์ซีคิวท์ได้เสร็จสิ้น ต่อหนึ่งหน่วยเวลา เวลาวนรอบ Turnaround time หมายถึงจำนวนเวาทั้งสิ้นที่แต่ละโปรเซสใช้ในการประมวลผล เวลารอคอย Waiting time หมายถึงจำนวนเวลาทั้งสิ้นที่โปรเซสต้องรอคอยอยู่ในคิวที่พร้อมจะเข้าทำงาน เวลาในการตอบสนอง Response time หมายถึงเวลาทั้งสิ้นที่ใช้ไปนับตั้งแต่คำสั่งร้องขอเกิดขึ้นจนกระทั่งเกิดการตอบสนองต่อคำสั่งร้องขอนั้น ทั้งนี้ไม่ใช้หมายถึงเอ้าพุทหรือผลลัพท์ที่ได้จากการประมวลผล ( ในสภาพแวดล้อมการทำงานแบบแบ่งสรรเวลา )

การใช้งานหน่วยประมวลผลกลางให้เกิดประโยชน์สูงสุด CPU utilization หมายถึงการทำให้หน่วยประผลกลางถูกทำงาน หรือใช้งานให้มากที่สุด

ผลสัมฤทธิ์ Throughput หมายถึง จำนวนโปรเซสที่สามารถทำงานเสร็จสิ้นหรือทำการเอ็กซ์ซีคิวท์ได้เสร็จสิ้น ต่อหนึ่งหน่วยเวลา

เวลาวนรอบ Turnaround time หมายถึงจำนวนเวาทั้งสิ้นที่แต่ละโปรเซสใช้ในการประมวลผล

เวลารอคอย Waiting time หมายถึงจำนวนเวลาทั้งสิ้นที่โปรเซสต้องรอคอยอยู่ในคิวที่พร้อมจะเข้าทำงาน

เวลาในการตอบสนอง Response time หมายถึงเวลาทั้งสิ้นที่ใช้ไปนับตั้งแต่คำสั่งร้องขอเกิดขึ้นจนกระทั่งเกิดการตอบสนองต่อคำสั่งร้องขอนั้น ทั้งนี้ไม่ใช้หมายถึงเอ้าพุทหรือผลลัพท์ที่ได้จากการประมวลผล ( ในสภาพแวดล้อมการทำงานแบบแบ่งสรรเวลา )

หลักการในการทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด Optimization Criteria ใช้งานหน่วยประมวลผลให้เต็มประสิทธิภาพมากที่สุด Max CPU utilization ทำให้เกิดผลสัมฤทธิ์ในการทำงานสูงสุด Max throughput ลดระยะเวลาการวนรอบให้น้อยที่สุด Min turnaround time ลดระยะเวลาการรอคอยให้น้อยที่สุด Min waiting time ลดระยะเวลาในการตอบสนองให้น้อยที่สุด Min response time

ใช้งานหน่วยประมวลผลให้เต็มประสิทธิภาพมากที่สุด Max CPU utilization

ทำให้เกิดผลสัมฤทธิ์ในการทำงานสูงสุด Max throughput

ลดระยะเวลาการวนรอบให้น้อยที่สุด Min turnaround time

ลดระยะเวลาการรอคอยให้น้อยที่สุด Min waiting time

ลดระยะเวลาในการตอบสนองให้น้อยที่สุด Min response time

การจัดลำดับการทำงานแบบมาก่อนให้บริการก่อน First-Come, First-Served (FCFS) Scheduling Process Burst Time P 1 24 P 2 3 P 3 3 Suppose that the processes arrive in the order: P 1 , P 2 , P 3 The Gantt Chart for the schedule is: Waiting time for P 1 = 0; P 2 = 24; P 3 = 27 Average waiting time: (0 + 24 + 27)/3 = 17 P 1 P 2 P 3 24 27 30 0

Process Burst Time

P 1 24

P 2 3

P 3 3

Suppose that the processes arrive in the order: P 1 , P 2 , P 3 The Gantt Chart for the schedule is:

Waiting time for P 1 = 0; P 2 = 24; P 3 = 27

Average waiting time: (0 + 24 + 27)/3 = 17

FCFS Scheduling (Cont.) กำหนดให้ลำดับการทำงานของแต่ละโปรเซสเกิดขึ้นดังต่อไปนี้ Suppose that the processes arrive in the order P 2 , P 3 , P 1 The Gantt chart for the schedule is: Waiting time for P 1 = 6 ; P 2 = 0 ; P 3 = 3 Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3 Much better than previous case Convoy effect short process behind long process P 1 P 3 P 2 6 3 30 0

กำหนดให้ลำดับการทำงานของแต่ละโปรเซสเกิดขึ้นดังต่อไปนี้

Suppose that the processes arrive in the order

P 2 , P 3 , P 1

The Gantt chart for the schedule is:

Waiting time for P 1 = 6 ; P 2 = 0 ; P 3 = 3

Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3

Much better than previous case

Convoy effect short process behind long process

การจัดลำดับการทำงานแบบงานใดใช้เวลาในการทำงานสั้นที่สุดให้งานนั้นทำก่อน Shortest-Job-First (SJR) Scheduling ด้วยแต่ละโปรเซสใช้เวลาในการทำงานแตกต่างกัน การจัดลำดับโปรเซสโดยพิจารณาจากระยะเวลาที่สั้นที่สุด ในการจัดลำดับการทำงาน แบ่งออกเป็นสองแบบคือ Nonpreemptive คือการทำงานที่หน่วยประมวลผลจะให้โปรเซสทำงานจนเสร็จสิ้นโดยไม่คำนึงถึงระดับความสำคัญ Preemptive คือการทำงานที่พิจรณาถึงระดับความสำคัญ เมื่อเกิดโปรเซสขึ้นใหม่ที่ใช้ระยะเวลาในการทำงานสั้นกว่าโปรเซสเดิมที่กำลังทำงานอยู่ หน่วยประมวลผลจะให้โปรเซสใหม่ที่เกิดขึ้นแม้ว่าจะเกิดขึ้นภายหลังเข้าทำงานก่อน และให้โปรเซสเดิมที่ต้องใช้เวลาในการทำงานนานกว่าหยุดการทำงานโดยชั่วคราว การทำงานด้วยวิธีนี้ SJF จึงสามารถช่วยลดระยะเวลาในการรอคอยของแต่ละโปรเซสโดยรวมเฉลี่ยลดลง

ด้วยแต่ละโปรเซสใช้เวลาในการทำงานแตกต่างกัน การจัดลำดับโปรเซสโดยพิจารณาจากระยะเวลาที่สั้นที่สุด ในการจัดลำดับการทำงาน

แบ่งออกเป็นสองแบบคือ

Nonpreemptive คือการทำงานที่หน่วยประมวลผลจะให้โปรเซสทำงานจนเสร็จสิ้นโดยไม่คำนึงถึงระดับความสำคัญ

Preemptive คือการทำงานที่พิจรณาถึงระดับความสำคัญ เมื่อเกิดโปรเซสขึ้นใหม่ที่ใช้ระยะเวลาในการทำงานสั้นกว่าโปรเซสเดิมที่กำลังทำงานอยู่ หน่วยประมวลผลจะให้โปรเซสใหม่ที่เกิดขึ้นแม้ว่าจะเกิดขึ้นภายหลังเข้าทำงานก่อน และให้โปรเซสเดิมที่ต้องใช้เวลาในการทำงานนานกว่าหยุดการทำงานโดยชั่วคราว

การทำงานด้วยวิธีนี้ SJF จึงสามารถช่วยลดระยะเวลาในการรอคอยของแต่ละโปรเซสโดยรวมเฉลี่ยลดลง

Process Arrival Time Burst Time P 1 0.0 7 P 2 2.0 4 P 3 4.0 1 P 4 5.0 4 SJF (non-preemptive) Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 - 4 Example of Non-Preemptive SJF P 1 P 3 P 2 7 3 16 0 P 4 8 12

Process Arrival Time Burst Time

P 1 0.0 7

P 2 2.0 4

P 3 4.0 1

P 4 5.0 4

SJF (non-preemptive)

Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 - 4

Example of Preemptive SJF Process Arrival Time Burst Time P 1 0.0 7 P 2 2.0 4 P 3 4.0 1 P 4 5.0 4 SJF (preemptive) Average waiting time = (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

Process Arrival Time Burst Time

P 1 0.0 7

P 2 2.0 4

P 3 4.0 1

P 4 5.0 4

SJF (preemptive)

Average waiting time = (9 + 1 + 0 +2)/4 - 3

การกำหนดขนาดของการทำงานโปรเซสถัดไป Determining Length of Next CPU Burst สามารถประมาณการได้เฉพาะขนาด สามารถดำเนินการให้ลุล่วงด้วยขนาดของระยะเวลาการทำงานของโปรเซสก่อนหน้า โดยการใช้ค่าเฉลี่ยเอ็กซ์โปแนนเชียล

สามารถประมาณการได้เฉพาะขนาด

สามารถดำเนินการให้ลุล่วงด้วยขนาดของระยะเวลาการทำงานของโปรเซสก่อนหน้า โดยการใช้ค่าเฉลี่ยเอ็กซ์โปแนนเชียล

Prediction of the Length of the Next CPU Burst

Examples of Exponential Averaging  =0  n+1 =  n Recent history does not count  =1  n+1 = t n Only the actual last CPU burst counts If we expand the formula, we get:  n+1 =  t n +( 1 -  )  t n - 1 + … +(1 -  ) j  t n - 1 + … +(1 -  ) n=1 t n  0 Since both  and (1 -  ) are less than or equal to 1, each successive term has less weight than its predecessor

 =0

 n+1 =  n

Recent history does not count

 =1

 n+1 = t n

Only the actual last CPU burst counts

If we expand the formula, we get:

 n+1 =  t n +( 1 -  )  t n - 1 + …

+(1 -  ) j  t n - 1 + …

+(1 -  ) n=1 t n  0

Since both  and (1 -  ) are less than or equal to 1, each successive term has less weight than its predecessor

การจัดลำดับการทำงานแบบคำนึงถึงระดับความสำคัญ Priority Scheduling จำนวนของระดับความสำคัญ ( จำนวนเต็ม integer ) จะสัมพันธ์กับแต่ละโปรเซส โปรเซสที่เข้าใช้งานหน่วยประมวลผลจะต้องมีระดับความสำคัญสูงสุด ( ค่าน้อยสุด มีระดับความสำคัญสูงสุด ) แบบพรีเอ็มทีฟ Preemptive แบบนอนพรีเอ็มทีฟ nonpreemptive SJF หมายถึง การจัดลำดับการทำงานแบบคำนึงถึงระดับความสำคัญ เมื่อระดับความสำคัญเกิดจากการคาดการณ์ ระยะเวลาที่ใช้ในการประมวลผลของโปรเซสถัดไป ปัญหาคือ โปรเซสที่ระดับความสำคัญต่ำสุดอาจไม่ได้รับการประมวลผลหรือไม่ถูกเอ็กซ์ซีคิวท์เลย ( สตาร์เวชั่น Starvation ) การแก้ไข โดยกำหนดให้เวลาที่สูญเสียในการรอคอยจะไปเพิ่มระดับความสำคัญของโปรเซสนั้นให้เพิ่มมากขึ้น ( เอจจิ้ง Aging )

จำนวนของระดับความสำคัญ ( จำนวนเต็ม integer ) จะสัมพันธ์กับแต่ละโปรเซส

โปรเซสที่เข้าใช้งานหน่วยประมวลผลจะต้องมีระดับความสำคัญสูงสุด ( ค่าน้อยสุด มีระดับความสำคัญสูงสุด )

แบบพรีเอ็มทีฟ Preemptive

แบบนอนพรีเอ็มทีฟ nonpreemptive

SJF หมายถึง การจัดลำดับการทำงานแบบคำนึงถึงระดับความสำคัญ เมื่อระดับความสำคัญเกิดจากการคาดการณ์ ระยะเวลาที่ใช้ในการประมวลผลของโปรเซสถัดไป

ปัญหาคือ โปรเซสที่ระดับความสำคัญต่ำสุดอาจไม่ได้รับการประมวลผลหรือไม่ถูกเอ็กซ์ซีคิวท์เลย ( สตาร์เวชั่น Starvation )

การแก้ไข โดยกำหนดให้เวลาที่สูญเสียในการรอคอยจะไปเพิ่มระดับความสำคัญของโปรเซสนั้นให้เพิ่มมากขึ้น ( เอจจิ้ง Aging )

ราวโรบิน ( Round Robin RR) กำหนดให้แต่ละโปรเซสได้รับเวลาในการประมวลผลหรือเวลาที่สามารถเข้าใช้หน่วยประมวลผล ระยะสั้นๆ เท่าๆ กัน เรียกว่าเวลาควอนตัม โดยทั่วไปประมาณ 10 – 100 มิลลิวินาที เมื่อแต่ละโปรเซสใช้เวลาที่ตนเองได้รับหมดไป โปรเซสนั้นก็จะต้องหยุดทำงานและถูกย้ายกลับเข้าไปอยู่ยังลำดับสุดท้ายของคิวเพื่อการรอคอยเข้าทำงานอีกครั้ง เพื่อให้โปรเซสในลำดับแรกสุดของคิวเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลหรือเข้าทำงานตามเวลาที่โปรเซสนั้นได้รับวนเป็นรอบเช่นนี้ โดยที่จำนวนโปรเซส n จำนวนในคิวพร้อม และเวลาควอนตัมเท่ากับ q แต่ละโปรเซสจะได้เวลาเพื่อการเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลเป็น 1/n ของเวลาที่หน่วยประมวลผลสามารถประมวลผลในหนึ่งช่วงเวลา ดังนั้นจึงไม่มีโปรเซสใดที่จะต้องรอนานเกินกว่า ( n-1)q หน่วยเวลา ประสิทธิภาพ Q มีขนาดใหญ่ ใช้ FIFO Q มีขนาดเล็ก q จะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะสามารถรองรับการสลับสภาพแวดล้อม ทั้งนี้ย่อมเสียเวลาเพิ่มมากขึ้นด้วยในการทำการสลับการทำงาน

กำหนดให้แต่ละโปรเซสได้รับเวลาในการประมวลผลหรือเวลาที่สามารถเข้าใช้หน่วยประมวลผล ระยะสั้นๆ เท่าๆ กัน เรียกว่าเวลาควอนตัม โดยทั่วไปประมาณ 10 – 100 มิลลิวินาที เมื่อแต่ละโปรเซสใช้เวลาที่ตนเองได้รับหมดไป โปรเซสนั้นก็จะต้องหยุดทำงานและถูกย้ายกลับเข้าไปอยู่ยังลำดับสุดท้ายของคิวเพื่อการรอคอยเข้าทำงานอีกครั้ง เพื่อให้โปรเซสในลำดับแรกสุดของคิวเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลหรือเข้าทำงานตามเวลาที่โปรเซสนั้นได้รับวนเป็นรอบเช่นนี้

โดยที่จำนวนโปรเซส n จำนวนในคิวพร้อม และเวลาควอนตัมเท่ากับ q แต่ละโปรเซสจะได้เวลาเพื่อการเข้าใช้งานหน่วยประมวลผลเป็น 1/n ของเวลาที่หน่วยประมวลผลสามารถประมวลผลในหนึ่งช่วงเวลา ดังนั้นจึงไม่มีโปรเซสใดที่จะต้องรอนานเกินกว่า ( n-1)q หน่วยเวลา

ประสิทธิภาพ

Q มีขนาดใหญ่ ใช้ FIFO

Q มีขนาดเล็ก q จะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะสามารถรองรับการสลับสภาพแวดล้อม ทั้งนี้ย่อมเสียเวลาเพิ่มมากขึ้นด้วยในการทำการสลับการทำงาน

Example of RR with Time Quantum = 20 Process Burst Time P 1 53 P 2 17 P 3 68 P 4 24 The Gantt chart is: โดยปกติ ค่าเฉลี่ยระยะเวลาในการวนรอบจะสูงกว่า SJF แต่ดีกว่า การตอบสนอง Typically, higher average turnaround than SJF, but better response 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

Process Burst Time

P 1 53

P 2 17

P 3 68

P 4 24

The Gantt chart is:

โดยปกติ ค่าเฉลี่ยระยะเวลาในการวนรอบจะสูงกว่า SJF แต่ดีกว่า การตอบสนอง

Typically, higher average turnaround than SJF, but better response

เวลาควอนตัม กับเวลาในการสลับสภาพแวดล้อม Time Quantum and Context Switch Time

เวลาในการวนรอบแปรผันตามเวลาควอนตัม Turnaround Time Varies With The Time Quantum

คิวแบบหลายระดับ Multilevel Queue คิวพร้อมจะถูกแบ่งออกเป็นคิวย่อยๆ หลายคิว โดยที่ ฟอร์กราวด์ ( อินเตอร์แอ็กทีฟ ) foreground (interactive) แบคก์กราวด์ ( แบทช์ ) background (batch) แต่ละคิวมีอัลกอริธึมในการจัดลำดับการทำงานเป็นของตนเอง ฟอร์กราวด์ RR foreground – RR แบคก์กราวด์ FCFS background – FCFS การจัดลำดับการทำงานจะต้องดำเนินการระหว่างคิว การกำหนดระดับความสำคัญของการจัดลำดับการทำงานแบบคงที่ อาจเกิด สตาร์เวชั่น การแบ่งย่อยเวลา Time slice แต่ละคิวจะทราบถึงเวลารวมของการประมวลผลของหน่วยประมวลผลด้วยการจัดลำดับการทำงานระหว่างโปรเซส อาทิเช่น 80% ใช้กับโฟร์กราวด์ใน RR 20% ใช้กับแบคกราวด์ ใน FCFS

คิวพร้อมจะถูกแบ่งออกเป็นคิวย่อยๆ หลายคิว โดยที่

ฟอร์กราวด์ ( อินเตอร์แอ็กทีฟ ) foreground (interactive)

แบคก์กราวด์ ( แบทช์ ) background (batch)

แต่ละคิวมีอัลกอริธึมในการจัดลำดับการทำงานเป็นของตนเอง

ฟอร์กราวด์ RR foreground – RR

แบคก์กราวด์ FCFS background – FCFS

การจัดลำดับการทำงานจะต้องดำเนินการระหว่างคิว

การกำหนดระดับความสำคัญของการจัดลำดับการทำงานแบบคงที่ อาจเกิด สตาร์เวชั่น

การแบ่งย่อยเวลา Time slice แต่ละคิวจะทราบถึงเวลารวมของการประมวลผลของหน่วยประมวลผลด้วยการจัดลำดับการทำงานระหว่างโปรเซส อาทิเช่น 80% ใช้กับโฟร์กราวด์ใน RR

20% ใช้กับแบคกราวด์ ใน FCFS

การจัดลำดับการทำงานของคิวแบบหลายระดับ Multilevel Queue Scheduling

คิวของผลตอบกลับแบบหลายระดับ Multilevel Feedback Queue โปรเซสสามาถเคลื่อนย้ายระหว่างคิวต่างๆ กัน ( สามารถใช้วิธีนี้ได้ในวิธีเอจจิ้ง ) ตัวจัดลำดับการทำงานของคิวของผลตอบกลับแบบหลายระดับถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ต่างๆ ดังต่อไปนี้ จำนวนของคิว อัลกอริธึมในการจัดลำดับการทำงานของแต่ละคิว ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเมื่อทำการเพิ่มระดับโปรเซส ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเมื่อทำการลดระดับโปรเซส ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเพื่อทำการจัดคิวของโปรเซสเมื่อโปรเซสนั้นต้องการงานบริการ

โปรเซสสามาถเคลื่อนย้ายระหว่างคิวต่างๆ กัน ( สามารถใช้วิธีนี้ได้ในวิธีเอจจิ้ง )

ตัวจัดลำดับการทำงานของคิวของผลตอบกลับแบบหลายระดับถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ต่างๆ ดังต่อไปนี้

จำนวนของคิว

อัลกอริธึมในการจัดลำดับการทำงานของแต่ละคิว

ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเมื่อทำการเพิ่มระดับโปรเซส

ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเมื่อทำการลดระดับโปรเซส

ระเบียบวิธีที่ใช้ในการดำเนินการเพื่อทำการจัดคิวของโปรเซสเมื่อโปรเซสนั้นต้องการงานบริการ

ตัวอย่างของคิวของผลตอบกลับแบบหลายระดับ Example of Multilevel Feedback Queue Three queues: Q 0 – time quantum 8 milliseconds Q 1 – time quantum 16 milliseconds Q 2 – FCFS การจัดลำดับการทำงาน Scheduling เมื่อเกิดงานใหม่ขึ้นเข้าไปอยู่ในคิว q0 ด้วยการทำงานแบบ FCFS เมื่อโปรเซสนั้นถึงลำดับที่สามารถเข้าใช้งานหน่วยประมวลผล งานนั้นจะได้รับเวลาในการทำงาน 8 มิลลิวินาที หากงานั้นไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นภายในระยะเวลา 8 มิลลิวินาที งานนั้นจะถูกเคลื่อนย้ายไปยัง q1 ใน q1 งานั้นจะถูกจัดการด้วย FCFS อีกครั้งและได้รับเวลาในการทำงานเพิ่มขึ้นอีก 16 มิลลิวินาที และหากยังคงไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นอีก ก็จะถูกทำการเพิ่มระดับความสำคัญและเคลื่อนย้ายเข้าสู่ คิว q2 ต่อไป

Three queues:

Q 0 – time quantum 8 milliseconds

Q 1 – time quantum 16 milliseconds

Q 2 – FCFS

การจัดลำดับการทำงาน Scheduling

เมื่อเกิดงานใหม่ขึ้นเข้าไปอยู่ในคิว q0 ด้วยการทำงานแบบ FCFS เมื่อโปรเซสนั้นถึงลำดับที่สามารถเข้าใช้งานหน่วยประมวลผล งานนั้นจะได้รับเวลาในการทำงาน 8 มิลลิวินาที หากงานั้นไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นภายในระยะเวลา 8 มิลลิวินาที งานนั้นจะถูกเคลื่อนย้ายไปยัง q1

ใน q1 งานั้นจะถูกจัดการด้วย FCFS อีกครั้งและได้รับเวลาในการทำงานเพิ่มขึ้นอีก 16 มิลลิวินาที และหากยังคงไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นอีก ก็จะถูกทำการเพิ่มระดับความสำคัญและเคลื่อนย้ายเข้าสู่ คิว q2 ต่อไป

Multilevel Feedback Queues

การจัดลำดับการทำงานแบบหน่วยประมวลผลหลายหน่วย Multiple-Processor Scheduling การจัดลำดับการทำงานให้แก่หน่วยประมวลแบบหลายหน่วยจะมีความสลับซับซ้อนเมื่อหน่วยประมวลผลหลายตัวพร้อมที่จะทำงานพร้อมๆ กัน หน่วยประมวลผลที่มีคุณสมบัติเหมือนกัน Homogeneous processors ในระบบหน่วยประมวลผลหลายหน่วย การจัดสรรภาระให้เท่าเทียมกัน Load sharing หน่วยประมวลผลหลายหน่วยแบบคุณสมบัติต่างกัน Asymmetric multiprocessing จะมีเพียงหน่วยประมวลผลเพียงหน่วยเดียวเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงโครงสร้างข้อมูลของระบบ เพื่อบรรเทาความต้องการการใช้ข้อมูลร่วมพร้อมๆ กัน

การจัดลำดับการทำงานให้แก่หน่วยประมวลแบบหลายหน่วยจะมีความสลับซับซ้อนเมื่อหน่วยประมวลผลหลายตัวพร้อมที่จะทำงานพร้อมๆ กัน

หน่วยประมวลผลที่มีคุณสมบัติเหมือนกัน Homogeneous processors ในระบบหน่วยประมวลผลหลายหน่วย

การจัดสรรภาระให้เท่าเทียมกัน Load sharing

หน่วยประมวลผลหลายหน่วยแบบคุณสมบัติต่างกัน Asymmetric multiprocessing จะมีเพียงหน่วยประมวลผลเพียงหน่วยเดียวเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงโครงสร้างข้อมูลของระบบ เพื่อบรรเทาความต้องการการใช้ข้อมูลร่วมพร้อมๆ กัน

การจัดลำดับการทำงานแบบเรียลไทม์ Real-Time Scheduling ระบบเรียลไทม์แบบเข้มงวด Hard real-time systems จำเป็นจะต้องให้งานที่จำเป็นสามารถทำงานให้เสร็จสิ้นภายในเวลาที่กำหนดแน่นอน ระบบเรียลไทม์แบบไม่เข้มงวด Soft real-time computing จำเป็นต้องให้โปรเซสที่จำเป็นได้รับการจัดระดับความสำคัญสูงกว่าโปรเซสอื่นที่จำเป็นน้อยกว่า

ระบบเรียลไทม์แบบเข้มงวด Hard real-time systems จำเป็นจะต้องให้งานที่จำเป็นสามารถทำงานให้เสร็จสิ้นภายในเวลาที่กำหนดแน่นอน

ระบบเรียลไทม์แบบไม่เข้มงวด Soft real-time computing จำเป็นต้องให้โปรเซสที่จำเป็นได้รับการจัดระดับความสำคัญสูงกว่าโปรเซสอื่นที่จำเป็นน้อยกว่า

Dispatch Latency

การประเมินอัลกอริธึม Algorithm Evaluation Deterministic modeling – takes a particular predetermined workload and defines the performance of each algorithm for that workload Queueing models Implementation

Deterministic modeling – takes a particular predetermined workload and defines the performance of each algorithm for that workload

Queueing models

Implementation

แบบจำลองการประเมินตัวจัดลำดับการทำงานของหน่วยประมวลผล Evaluation of CPU Schedulers by Simulation

การจัดลำดับการทำงานของโซลาริส 2 Solaris 2 Scheduling

ค่าระดับความสำคัญของวินโดวส์เอ็กซ์พี Windows XP Priorities

การจัดลำดับการทำงานของ ลีนุกซ์ Linux Scheduling อัลกอริธึมสองแบบ : การแบ่งสรรเวลา และเรียลไทม์ การแบ่งสรรเวลา Time-sharing การพิจารณาระดับความสำคัญจากความน่าเชื่อถือ โดยโปรเซสที่มีความน่าเชื่อถือมากที่สุดจะได้รับการจัดลำดับให้เข้าทำงานเป็นโปรเซสถัดมา - ความน่าเชื่อถือจะถูกหักออกเมื่อเกิดการขัดจังหวะของตัวจับเวลา - เมื่อความน่าเชื่อถือมีค่าเป็นศูนย์ โปรเซสอื่นๆ ก็จะเป็นผู้ถูกเลือก - เมื่อทุกๆ โปรเซสมีความน่าเชื่อถือเป็นศูนย์ จะเกิดการปรับความน่าเชื่อถือให้กลับมีค่าดังเดิม - โดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ คือ ระดับความสำคัญและประวัติในการประมวลผล

อัลกอริธึมสองแบบ : การแบ่งสรรเวลา และเรียลไทม์

การแบ่งสรรเวลา Time-sharing

การพิจารณาระดับความสำคัญจากความน่าเชื่อถือ โดยโปรเซสที่มีความน่าเชื่อถือมากที่สุดจะได้รับการจัดลำดับให้เข้าทำงานเป็นโปรเซสถัดมา

- ความน่าเชื่อถือจะถูกหักออกเมื่อเกิดการขัดจังหวะของตัวจับเวลา

- เมื่อความน่าเชื่อถือมีค่าเป็นศูนย์ โปรเซสอื่นๆ ก็จะเป็นผู้ถูกเลือก

- เมื่อทุกๆ โปรเซสมีความน่าเชื่อถือเป็นศูนย์ จะเกิดการปรับความน่าเชื่อถือให้กลับมีค่าดังเดิม

- โดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ คือ ระดับความสำคัญและประวัติในการประมวลผล

การจัดลำดับการทำงานของ ลีนุกซ์ Linux Scheduling อัลกอริธึมสองแบบ : การแบ่งสรรเวลา และเรียลไทม์ เรียลไทม์ Real-time เรียลไทม์แบบไม่เข้มงวด Soft real-time พิจารณาตาม Posix.1b แบ่งเป็น สองคลาส FCFS และ RR โปรเซสที่มีระดับความสำคัญสูงสุดย่อมได้รับสิทธิในการทำงานก่อน

อัลกอริธึมสองแบบ : การแบ่งสรรเวลา และเรียลไทม์

เรียลไทม์ Real-time

เรียลไทม์แบบไม่เข้มงวด Soft real-time

พิจารณาตาม Posix.1b แบ่งเป็น สองคลาส

FCFS และ RR

โปรเซสที่มีระดับความสำคัญสูงสุดย่อมได้รับสิทธิในการทำงานก่อน

การจัดลำดับการทำงานของเธรด Thread Scheduling การจัดลำดับการทำงานแบบโลคอล Local Scheduling การที่เธรดไลบรารีตัดสินได้อย่างไรว่าเธรดใดควรนำไปไว้ยัง LWP ที่พร้อมทำงาน การจัดลำดับการทำงานแบบโกลบอล Global Scheduling การที่เคอร์แนลตัดสินได้อย่างไรว่าเธรดของเคอร์แนลใดจะต้องเป็นเธรดที่ต้องทำงานในลำดับถัดไป

การจัดลำดับการทำงานแบบโลคอล Local Scheduling การที่เธรดไลบรารีตัดสินได้อย่างไรว่าเธรดใดควรนำไปไว้ยัง LWP ที่พร้อมทำงาน

การจัดลำดับการทำงานแบบโกลบอล Global Scheduling การที่เคอร์แนลตัดสินได้อย่างไรว่าเธรดของเคอร์แนลใดจะต้องเป็นเธรดที่ต้องทำงานในลำดับถัดไป

การจัดลำดับการทำงานของเธรดในภาษาจาวา Java Thread Scheduling JVM ใช้การจัดการแบบอัลกอริธึมที่คำนึงถึงระดับความสำคัญหรือ Preemptive คิวแบบ FIFO ถูกใช้เมื่อเกิดเธรดหลายเธรดที่มีระดับความสำคัญเท่ากัน

JVM ใช้การจัดการแบบอัลกอริธึมที่คำนึงถึงระดับความสำคัญหรือ Preemptive

คิวแบบ FIFO ถูกใช้เมื่อเกิดเธรดหลายเธรดที่มีระดับความสำคัญเท่ากัน

Java Thread Scheduling (cont) JVM จะจัดลำดับการทำงานของเธรดเมื่อ 1 เมื่อเธรดที่ทำงานอยู่ในขณะนั้นออกจากสถานะที่สามารถทำงาน 2 เธรดที่มีระดับความสำคัญสูงสุด เปลี่ยนแปลงเข้าสู่สถานะที่สามารถทำงาน หมายเหตุ JVM ไม่สามารถทราบได้ว่าเธรดนั้นเป็นเธรดแบบถูกแบ่งย่อยเวลาหรือไม่

JVM จะจัดลำดับการทำงานของเธรดเมื่อ

1 เมื่อเธรดที่ทำงานอยู่ในขณะนั้นออกจากสถานะที่สามารถทำงาน

2 เธรดที่มีระดับความสำคัญสูงสุด เปลี่ยนแปลงเข้าสู่สถานะที่สามารถทำงาน

หมายเหตุ JVM ไม่สามารถทราบได้ว่าเธรดนั้นเป็นเธรดแบบถูกแบ่งย่อยเวลาหรือไม่

การแบ่งย่อยเวลา Time-Slicing เมื่อ JVM ไม่สามารถแน่ใจได้ว่า เป็นแบบแบ่งย่อยเวลาหรือไม่ เมทธอด yield() จึงอาจถูกเรียกใช้งาน while (true) { // perform CPU-intensive task . . . Thread.yield(); } Yield จะทำการควบคุมเธรดอื่นๆ ที่มีระดับความสำคัญเท่ากัน

เมื่อ JVM ไม่สามารถแน่ใจได้ว่า เป็นแบบแบ่งย่อยเวลาหรือไม่ เมทธอด yield() จึงอาจถูกเรียกใช้งาน

while (true) {

// perform CPU-intensive task

. . .

Thread.yield();

}

Yield จะทำการควบคุมเธรดอื่นๆ ที่มีระดับความสำคัญเท่ากัน

ระดับความสัคญของเธรด Thread Priorities Priority Comment Thread.MIN_PRIORITY Minimum Thread Priority Thread.MAX_PRIORITY Maximum Thread Priority Thread.NORM_PRIORITY Default Thread Priority การกำหนดระดับความสำคัญอาจใช้ เมทธอด setPriority() setPriority(Thread.NORM_PRIORITY + 2);

Priority Comment

Thread.MIN_PRIORITY Minimum Thread Priority

Thread.MAX_PRIORITY Maximum Thread Priority

Thread.NORM_PRIORITY Default Thread Priority

การกำหนดระดับความสำคัญอาจใช้ เมทธอด setPriority()

setPriority(Thread.NORM_PRIORITY + 2);