Sistemas OperativosTema 5. Planificación de

procesos

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© 1998-2008 José Miguel Santos – Alexis Quesada – Francisco Santana

Contenido

Modelo del sistema y criterios de rendimiento Algoritmo FCFS Algoritmo SJF Métodos basados en prioridades Turno rotatorio (Round-Robin) Métodos multicolas Multiprocesadores

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Planificación de procesos

El sistema operativo decide:qué proceso entra en la CPU cuando ésta queda libre;en qué momento el proceso que está en ejecución debe abandonar la CPU.

En otras palabras:El S.O. debe aplicar una política de planificación de procesos

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¿Qué buscamos?

Podemos definir múltiples políticas de planificación de procesos: en orden de llegada, primero la tarea más breve, por orden de prioridad…¿Qué política nos interesa más?¿Qué objetivos mínimos debe cumplir una política de planificación?¿Cómo valoramos si una política es mejor o peor que otra?

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Criterios de rendimiento

Se usan varias magnitudes para medir el rendimiento de los algoritmos de planificación:

Utilización de CPU: % de tiempo que la CPU está ocupada Tiempo de retorno: tiempo transcurrido entre la llegada de un proceso y su finalización Tiempo de espera: tiempo que un proceso permanece en la cola de preparados Tiempo de respuesta: tiempo que un proceso bloqueado tarda en entrar en CPU, desde que ocurre el evento que lo bloquea

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Criterios de rendimiento (2)

Posibles objetivos de la planificación: Minimizar el tiempo medio de espera o de retorno Maximizar la utilización de CPU Mantener el tiempo de respuesta por debajo de un valor máximo

Se pueden considerar las medias, valores extremos o varianzas de estas magnitudes. No existe una política de planificación óptima para todos los criterios.

Habrá que llegar a un compromiso.

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Modelo del sistema: ráfagas de CPU y E/S

Podemos considerar que la vida activa de un proceso es una sucesión de:

ráfagas de CPU -> el proceso ejecuta instrucciones ráfagas de E/S -> el proceso utiliza o espera por la E/S

Según la utilización de los recursos, se observan:

procesos intensivos en CPU (ej. cálculos numéricos) procesos intensivos en E/S (ej. interactivos)

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Histograma de tiempos de ráfaga de CPU

duración de la ráfaga (milisegundos)0 4016 328 24

160

140

120

100

80

60

40

20

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Políticas expulsivas (preemptive)

No expulsivas: el proceso que está en CPU la abandona cuando quiere (ej. FCFS)

problema de acaparamiento injusto de la CPUWindows 3.11, Apple Macintosh…

Expulsivas: el planificador puede desalojar al proceso que está en CPU

para implementar tiempo compartido y tiempo real, es necesaria una planificación expulsiva: Unix, Windows NT/XP, Mac OS X…

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Despachador (dispatcher)

Módulo que cede el control de la CPU al proceso seleccionado por el planificador a corto plazo

Cambia de contextoCambia a modo usuarioSaltar al punto apropiado del programa de usuario

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FCFS (en orden de llegada)

Calcular el tiempo de espera, tiempo de retorno y tiempo medio de espera si aplicamos el algoritmo FCFS suponiendo que llegan en el mismo instante en el siguiente orden: P1, P2, P3Realizar los mismos cálculos suponiendo que llegan en el siguiente orden: P2, P3 y P1

Proceso DuraciónP1 9P2 4P3 2

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FCFS:ejemplo de diagrama de Gantt

Proceso DuraciónP1 9P2 4P3 2

P2P1 P3

Tiempos de espera: P1=0; P2=9; P3=13Tiempos de retorno: P1=9; P2=13; P3=15t. espera medio: (0+9+13)/3 = 7.3

Si P1 hubiera llegado el último, los tiempos hubieran mejorado bastante (espera media=3.3):

0 9 13 15

P2 P1P30 4 6 15

Diagrama de Gantt

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FCFS: características

La cola de preparados se gestiona como una FIFO Simple de implementar Muy sensible al orden de llegada de los procesos Perjudica a los procesos intensivos en E/S (efecto convoy)

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SJF (primero el más corto)

SJF = Shortest Job FirstEntra en CPU el proceso con la ráfaga de CPU más breve.Minimiza el tiempo de espera medio.Versión expulsiva: Shortest Remaining Time First(SRTF). El proceso en CPU es desalojado si llega a la cola un proceso con duración más corta.

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SJF - ejemplo

Calcular el tiempo medio de espera que resulta de aplicar un algoritmo SJF no expulsivo Calcular el tiempo medio de espera que resulta de aplicar un algoritmo SJF expulsivo (SRTF)

Proceso Llegada DuraciónP1 0 7P2 2 4P3 4 1P4 5 4

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SJF - ejemplo

Proceso Llegada Duración esperaSJF

esperaSRTF

P1 0 7 0 9P2 2 4 6 1P3 4 1 3 0P4 5 4 7 2

P10

P3 P2 P4

P1 P2 P3 P2 P4 P1

7 8 12 16

0 2 4 5 7 11 16

SJF no expulsivoespera media: (0+6+3+7)/4=4

SJF expulsivoespera media: (9+1+0+2)/4=3

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SJF: inconvenientes

Riesgo de inanición de los procesos de larga duración.El SJF no es implementable se pueden estimar las duraciones de los procesos, según su historia reciente.

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Planificación por prioridades

Cada proceso tiene una prioridad; entra en CPU aquel con mayor prioridad.

la política puede ser expulsiva o no Prioridades definidas de forma interna (por el S.O.) o externa (por los usuarios) El SJF es un caso (prioridad=duración estimada)

Riesgo de inanición de los procesos con menos prioridad. Solución: envejecimiento. Aumentar progresivamente la prioridad a los procesos en espera.

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Turno rotatorio (Round-Robin)

Adecuado para implementar tiempo compartido Como el FCFS, pero cada proceso dispone de un cuanto de tiempo máximo

si cuando expira el cuanto de tiempo el proceso continúa en CPU, el planificador lo desaloja y lo ingresa al final de la cola de preparados

La cola de preparados se gestiona como FIFO Si el cuanto de tiempo es Q y hay N procesos en cola, el tiempo de respuesta es como mucho Q·(N-1)

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Round Robin: ejercicio

Probar con Q=4, Q=2, Q=1

Proceso DuraciónP1 15P2 4P3 3

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Influencia del cuanto de tiempo

Si Q es muy grande, los procesos terminan sus ráfagas de CPU antes de que termine el cuanto: se comporta como un FCFS. Si Q=>0, se tiende a un sistema en el que cada proceso dispone de un procesador a 1/N de la velocidad del procesador real (procesador compartido). Ojo, si Q es muy pequeño, ocurren más cambios de contexto y baja el rendimiento.

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Multicolas

Varias colas de preparados, cada una gestionada con una política diferente. Las colas se reparten la CPU según alguna política:

por prioridad absoluta un % de tiempo para cada cola

Multicolas con realimentación: posibilidad de que un proceso se mueva de una cola a otra, p.ej. si cambia su comportamiento Ej. UNIX: un proceso que lleva mucho tiempo en espera se mueve a una cola de más prioridad

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Multicolas - ejemplo

procesos del sistema (FCFS)

procesos interactivosde profesores (RR)

procesos interactivosde estudiantes (RR)

procesos por lotes (FCFS)

CPU

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Planificación en multiprocesadores

Mismo objetivo que con una CPU, pero ahora ampliamos el número de recursos disponibles para atender a los procesos.¿Sirven las mismas políticas? (FCFS, SJF, RR)¿Cómo gestionamos la cola de procesos preparados?

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Multiprocesadores:colas de procesos preparados

Varias alternativas:Una cola por procesador: A cada proceso de le asigna un procesador y sigue en él toda su vida. Ojo, la carga de trabajo puede quedar mal repartida. Una cola común: reparto más equilibrado, pero hay riesgos de inconsistencia si varios procesadores manipulan simultáneamente la cola(ej. ¡¡dos procesadores podrían elegir al mismo proceso!!)

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