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Planificacion de procesos

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  • 1. Planificación de procesos Cecilia Hernández 2007-1
  • 2. Planificación de Procesos
    • Recordando cambio de contexto
      • Cambiando CPU de un proceso a otro
        • Procesos cambian de estados
          • ejecución a bloqueado (ejecución instrucción I/O)
          • bloqueado a listo por interrupciones
          • Proceso espera por evento, evento se produce
          • Reloj interrumpe y SO planifica a otro proceso
    • Planificación: Elegir que proceso de la cola de listos ejecutar
      • Planificación implica una decisión (política)
      • Cambio de contexto es una forma de hacerlo (mecanismo)
  • 3. Multiprogramación y planificación
    • Multiprogramación permite aumentar la utilización de recursos y productividad sobreponiendo E/S y procesamiento
      • Que procesos/hebras ejecutar y por cuanto tiempo?
    • 2 visiones para la planificación en CPU
      • Largo plazo : determina nivel de multiprogramación
        • Cuantos trabajos se cargan a memoria
        • Ingresarlo a memoria o sacarlo (swapping)
      • Corto plazo : qué trabajo ejecutar a continuación para proporcionar un buen servicio
        • Ocurre frecuentemente, idea minimizar sobrecarga por cambio de contexto
        • Idea de buen servicio depende de muchas cosas
  • 4. Objetivos de Planificación
    • Maximizar la utilización de CPU ( CPU Utilization )
    • Maximizar la Productividad número de requerimientos atendidos por unidad de tiempo ( throughput )
    • Minimizar tiempo de respuesta promedio ( Response time )
      • Desde inicio hasta obtención primera respuesta de sistema
    • Minimizar tiempo de espera promedio ( Waiting time )
      • Tiempo en cola de listos
    • Minimizar tiempo que tarda en proceso ejecutarse completamente, de inicio a fin ( Turnaround time )
    • Favorecer algunos procesos, prioridad ( Priority )
    • Evitar espera indefinida
    • Algunos sistemas favorecen algunos objetivos frente a otros
      • Productividad. Sistema de procesamiento de transacciones
      • Tiempo de respuesta. Sistema interactivo
  • 5. Diferencia entre sistemas batch e interactivos
    • Sistemas batch
      • Importa maximizar throughput y minimizar turnaround time
    • Sistemas interactivos
      • Importa maximizar throughput y minimizar turnaround time y response time
    • De acuerdo a como se comportan procesos o hebras en un sistema
      • Procesos batch ( CPU-bound )
      • Procesos interactivos ( I/O-bound )
  • 6. También importante para planificadores
    • Típicamente tratan de evitar inanición (starvation)
      • Cuando un proceso es prevenido de progresar porque otro proceso tiene el recurso que necesita
        • Ejemplo. Procesos de alta prioridad no permiten a procesos de baja prioridad ejecutarse
      • Inanición también se puede producir en hebras/procesos sincronizados
  • 7. Planificador
    • Módulo que mueve trabajos entre colas
      • Algoritmo de planificación determina que trabajo ejecutar a continuación
      • Se ejecuta cuando
        • Un trabajo pasa de listo a bloqueado
        • Ocurre una interrupción del timer
        • Se crea o termina un trabajo
      • 2 tipos de sistemas de planificación
        • No apropiativa
          • Planificador espera que trabajo termine o ceda CPU
        • Apropiativa
          • Planificador interrumpe trabajo en ejecución y fuerza un context switch
  • 8. Planificación Apropiativa/No Apropiativa
    • No Apropiativa . Una vez que procesos adquieren CPU no la liberan, excepto
      • Proceso pasa a estado de espera (bloqueado)
      • Proceso termina
    • Apropiativa . SO puede decidir quitar CPU a proceso para dársela a otro
      • Usa interrupciones de reloj
  • 9. Algoritmos No 1 (FCFS)
    • FCFS (First Come, First Served)
      • Atención por orden de llegada
      • Justo, simula mundo real (banco, supermercado, etc)
      • Típicamente No Apropiativo
      • Ejemplo: P1 : 24ms, P2 : 3ms, P3 : 3ms
        • Tiempo de respuesta promedio? Tiempo de espera promedio?
      • Ventajas?
      • Desventajas?
  • 10. FCFS (cont)
    • Ventajas
      • Ningún proceso espera indefinidamente
    • Desventajas
      • Tiempo de espera promedio puede ser alto, depende de:
        • tiempo de ejecución de procesos
        • orden de llegada
        • procesos cortos tienen espera alta si están detrás de los largos
      • Puede producir baja utilización de recursos
        • cuando procesos esperan podrían ocupar otros recursos
  • 11. Algoritmo No2 (SJF)
    • Short-Job-First (SJF)
      • Asocia cada proceso con el tiempo de ejecución, tiempo que ocupo CPU la ultima vez antes de cambiarse a estado de espera
      • CPU es asignada a proceso con el menor tiempo de ejecución
      • Si dos procesos tienen igual tiempo de ejecución se aplica FCFS
      • Calcule tiempo de respuesta y espera promedios usando ejemplo anterior
      • Puede ser apropiativo y no apropiativo
  • 12. SJF (cont)
    • Versión apropiativa Shortest-Remaining-Time-First
      • Calcula tiempo de ejecución mas corto y tiempo de llegada
      • Ejemplo: Calcular tiempo de respuesta y espera promedio
    • Proceso Tiempo llegada Tiempo ejecución
      • P1 0 8
      • P2 1 4
      • P3 2 9
      • P4 3 5
  • 13. SJF (cont)
    • Ventajas
      • Parece perfecto
      • Mejor tiempo de espera promedio que FCFS
    • Desventajas
      • Espera indefinida?
      • Como estimar tiempo de procesamiento de próximo requerimiento de proceso?
  • 14. Algoritmo No 3: (RR)
    • Round Robin (RR)
      • Cola de procesos listos tratada como cola FIFO circular
      • A cada proceso se le entrega CPU por un periodo de tiempo, llamado quantum
        • Proceso se ejecuta por la duración del quantum o hasta que pasa a bloqueado
        • Ejemplo P1 : 24 ms, P2 : 3ms, P3 : 3ms, quantum 4ms
      • Ventajas ?
        • Estupendo para procesos interactivos (sistemas de tiempo compartido)
  • 15. RR (cont)
    • Desventajas
      • Valor del quantum muy importante en rendimiento de RR
        • Problemas si es muy chico?
          • Tiempo de overhead por cambio de contexto
        • Problemas si es muy grande?
          • Se acerca a FCFS
        • Recomendación
          • 80% de tiempo de ejecución de procesos (cada requerimiento antes de bloquearse) debería ser mas cortas que quantum
  • 16. Algoritmo No 4 : Prioridades
    • Asignar prioridades a procesos
      • Ejecutar proceso con mayor prioridad
      • Si hay procesos con igual prioridad, aplicar FCFS
      • SJF, prioridad es tiempo de próximo requerimiento
      • Ejemplo:
          • Proceso Tiempo Ejecución Prioridad
          • P1 10 3
          • P2 1 1
          • P3 2 4
          • P4 1 5
          • P5 5 2
  • 17. Prioridades (cont)
    • Como asignar prioridades
      • Internamente por SO, en base a uso de recursos (memoria, archivos, etc)
      • Externamente (no por SO) de acuerdo a importancia de procesos
    • Espera indefinida
      • Si continuamente llegan procesos de alta prioridad, los de baja prioridad esperan indefinidamente
    • Solución Espera indefinida
      • Envejecimiento
        • aumentar prioridad como función acumulada en el tiempo
        • decrementar prioridad como función acumulada de tiempo de procesamiento
  • 18. Combinando Algoritmos
    • En la práctica los sistemas actuales usan una combinación de estos algoritmos (RR, Prioridad, SJF)
      • Ejemplo: Múltiples colas retroalimentadas
        • Tiene jerarquía de colas
        • Tiene prioridades para ordenar las colas
        • Nuevos procesos entran a cola de mayor prioridad
        • Cada cola planificada con RR
        • Quantums son distintos en cada cola
        • Procesos se cambian de colas en base a historia
  • 19. Múltiples Colas Retroalimentadas
    • Idea, separar procesos en base a sus necesidades de ejecución
    • Procesos interactivos están en las colas de mayor prioridad
    • Procesos que usan mucha CPU se cambian a colas de menor prioridad
    • Procesos que llevan mucho tiempo en el sistema se cambian a colas de mayor prioridad
  • 20. Planificación en UNIX
    • Usa múltiples colas realimentadas
      • De acuerdo a tipo de proceso
        • procesos de tiempo compartido
        • procesos de sistema
        • Procesos de tiempo real
      • Planificación por prioridad entre distintas colas y RR dentro de cada cola
        • Procesos con alta prioridad siempre se ejecutan primero
        • Procesos con la misma prioridad se planifican con RR
      • Procesos cambian prioridad dinámicamente
        • Se incrementa si proceso hace E/S antes de terminar quantum
        • Se decrementa si proceso usa todo su quantum
      • Objetivo?
        • Premiar procesos interactivos
          • Típicamente usan CPU por periodos pequeños de tiempo
  • 21. Planificador Linux
    • Soporta:
      • una CPU
      • SMP (Simultaneous Multi-Processors)
        • Multiprocesadores en un chip o no, cada uno con caches y compartiendo Memoria Principal
      • SMT (Simultaneous Multi-Threading)
        • Procesador con recursos adicionales para soportar hebras. Sistema con Memoria principal compartida
      • NUMA (Non- Uniform Memory Access)
        • Unico sistema usando mas de un nodo (una máquina con un procesador o un multiprocesador es decir con propia CPU o set de CPUs y memorias)
  • 22. Planificador de CPU en Linux 2.4
    • 2 algoritmos para planificación de procesos
      • Uno para procesos de tiempo compartido, en donde CPU se multiplexa en forma justa entre procesos
      • Una para procesos con requermientos de tiempo real, donde prioridades absolutas son más importantes que justicia
    • Algoritmo para procesos que comparten tiempo
      • Prioridades y créditos asociadas a proceso
      • Proceso con más créditos se ejecuta primero
      • A cada interrupción del timer se decrementan créditos de proceso en ejecución. Cuando llega a 0 se planifica el siguiente proceso
      • Cuando créditos de todos los procesos listos es 0, créditos se recalculan para todos los procesos (incluyendo los bloqueados)
        • créditos = (créditos/2) + prioridad
  • 23. Algoritmo Planificador Linux 2.4 vs 2.6
    • Diferencias entre version 2.4 y 2.6
      • Algoritmos de 2.4 del orden O(n)
        • Tiempo ejecución varía linealmente al aumentar tamaño entrada
      • Algoritmos de 2.6 del orden O(1)
        • Tiempo ejecución constante independiente del número de tareas a ejecutar en sistema
      • Estructuras básicas en 2.6
        • Runqueues
        • Priority arrays
  • 24. Algunos problemas mejorados en 2.6
    • Planificación de tareas de tiempo real (soft)
      • Mayor rapidez en atender este tipo de tareas
    • Algunos problemas para procesos que parecen interactivos (I/O-bound)
      • Procesos/hebras que usan mucho E/S considerados como interactivos
        • A veces están relacionados con BD no necesariamente interactivos
    • Procesos/hebras que son CPU-bound e I/O-bound pueden anular efectos de boost y penalidad de planificador
    • Mayor información
      • http://www.inf.udec.cl/~chernand/links/ linux_cpu_scheduler.pdf
  • 25. Resumen
    • Planificación de procesos puede influenciar fuertemente el rendimiento
      • Como?
    • Generalmente, múltiples objetivos tienen conflictos
      • Como?
    • Existen diversos algoritmos puros, pero normalmente los sistemas implementan lo bueno de varios