›
›

Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Định thời CPU (Tiếp theo) - Trường Đại học Công nghệ thông tin

pdf 33 trang Hùng Dũng 04/01/2024 890
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Định thời CPU (Tiếp theo) - Trường Đại học Công nghệ thông tin", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_dieu_hanh_chuong_4_dinh_thoi_cpu_tiep_theo_truo.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Định thời CPU (Tiếp theo) - Trường Đại học Công nghệ thông tin

  1. HỆ ĐIỀU HÀNH Chương 4 (2) Định thời CPU 1/17/2018 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 1
  2. Câu hỏi ôn tập chương 4 (1)  Các khái niệm cơ bản về định thời  Các bộ định thời  Các tiêu chuẩn định thời CPU  Các giải thuật định thời First-Come, First-Served (FCFS) Shortest Job First (SJF) Shortest Remaining Time First (SRTF) Priority Scheduling 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 2
  3. Nội dung chương 4 (2)  Các giải thuật định thời First-Come, First-Served (FCFS) Shortest Job First (SJF) Shortest Remaining Time First (SRTF) Priority Scheduling Round-Robin (RR) Highest Response Ratio Next (HRRN) Multilevel Queue Multilevel Feedback Queue 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 3
  4. Round Robin (RR)  Mỗi process nhận được một đơn vị nhỏ thời gian CPU (time slice, quantum time), thông thường từ 10-100 msec để thực thi  Sau khoảng thời gian đó, process bị đoạt quyền và trở về cuối hàng đợi ready  Nếu có n process trong hàng đợi ready và quantum time = q thì không có process nào phải chờ đợi quá (n -1)q đơn vị thời gian 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 4
  5. Round Robin (RR) (tt)  Hiệu suất: Nếu q lớn: RR => FCFS Nếu q nhỏ: q không được quá nhỏ bởi vì phải tốn chi phí chuyển ngữ cảnh Thời gian chờ đợi trung bình của giải thuật RR thường khá lớn nhưng thời gian đáp ứng nhỏ 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 5
  6. Round Robin (RR) (tt)  Ví dụ: Quantum time = 20 Process Burst Time P1 53 P2 17 P3 68 P4 24 Gantt Chart for Schedule P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3 0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162 turn-around time trung bình lớn hơn SJF, nhưng đáp ứng tốt hơn 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 6
  7. Round Robin (RR) (tt)  Quantum time = 1: Thời gian turn-around trung bình cao hơn so với SJF nhưng có thời gian đáp ứng trung bình tốt hơn Ưu tiên CPU-bound process I/O-bound CPU-bound 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 7
  8. Round Robin (RR) (tt)  Quantum time và context switch: context quantum Process time = 10 switch 12 0 10 6 1 6 10 1 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 8
  9. Round Robin (RR) (tt)  Thời gian hoàn thành trung bình (average turnaround time) không chắc sẽ được cải thiện khi quantum lớn 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 9
  10. Round Robin (RR) (tt)  Quantum time và response time 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 10
  11. Quantum time cho Round Robin  Khi thực hiện process switch thì OS sẽ sử dụng CPU chứ không phải process của người dùng (OS overhead) Dừng thực thi, lưu tất cả thông tin, nạp thông tin của process sắp thực thi  Performance tùy thuộc vào kích thước của quantum time (còn gọi là time slice), và hàm phụ thuộc này không đơn giản  Time slice ngắn thì đáp ứng nhanh Vấn đề: có nhiều chuyển ngữ cảnh. Phí tổn sẽ cao.  Time slice dài hơn thì throughput tốt hơn (do giảm phí tổn OS overhead) nhưng thời gian đáp ứng lớn Nếu time slice quá lớn, RR trở thành FCFS 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 11
  12. Quantum time cho Round Robin (tt)  Quantum time và thời gian cho process switch: Nếu quantum time = 20 ms và thời gian cho process switch = 5 ms, như vậy phí tổn OS overhead chiếm 5/25 = 20% Nếu quantum = 500 ms, thì phí tổn chỉ còn 1% Nhưng nếu có nhiều người sử dụng trên hệ thống và thuộc loại interactive thì sẽ thấy đáp ứng rất chậm Tùy thuộc vào tập công việc mà lựa chọn quantum time Time slice nên lớn trong tương quan so sánh với thời gian cho process switch Ví dụ với 4.3 BSD UNIX, time slice là 1 giây 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 12
  13. Quantum time cho Round Robin (tt)  Nếu có n process trong hàng đợi ready, và quantum time là q, như vậy mỗi process sẽ lấy 1/n thời gian CPU theo từng khối có kích thước lớn nhất là q Sẽ không có process nào chờ lâu hơn (n - 1)q đơn vị thời gian  RR sử dụng một giả thiết ngầm là tất cả các process đều có tầm quan trọng ngang nhau Không thể sử dụng RR nếu muốn các process khác nhau có độ ưu tiên khác nhau 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 13
  14. Nhược điểm của Round Robin  Các process dạng CPU-bound vẫn còn được “ưu tiên” Ví dụ: Một I/O-bound process sử dụng CPU trong thời gian ngắn hơn quantum time và bị blocked để đợi I/O. Một CPU-bound process chạy hết time slice và lại quay trở về hàng đợi ready queue (ở phía trước các process đã bị blocked) 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 14
  15. Highest Response Ratio Next  Chọn process kế tiếp có giá trị RR (Response ratio) lớn nhất  Các process ngắn được ưu tiên hơn (vì service time nhỏ) time spent wait ing expected service time RR expected service time 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 15
  16. Multilevel Queue Scheduling  Hàng đợi ready được chia thành nhiều hàng đợi riêng biệt theo một số tiêu chuẩn như Đặc điểm và yêu cầu định thời của process Foreground (interactive) và background process,  Process được gán cố định vào một hàng đợi, mỗi hàng đợi sử dụng giải thuật định thời riêng 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 16
  17. Multilevel Queue Scheduling (tt)  Hệ điều hành cần phải định thời cho các hàng đợi. Fixed priority scheduling: phục vụ từ hàng đợi có độ ưu tiên cao đến thâp. Vấn đề: có thể có starvation. Time slice: mỗi hàng đợi được nhận một khoảng thời gian chiếm CPU và phân phối cho các process trong hàng đợi khoảng thời gian đó. Ví dụ: 80% cho hàng đợi foreground định thời bằng RR và 20% cho hàng đợi background định thời bằng giải thuật FCFS 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 17
  18. Multilevel Queue Scheduling (tt)  Ví dụ phân nhóm các quá trình Độ ưu tiên cao nhất System Processes Interactive Processes Batch Processes Student Processes Độ ưu tiên thấp nhất 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 18
  19. Multilevel Feedback Queue  Vấn đề của multilevel queue process không thể chuyển từ hàng đợi này sang hàng đợi khác => khắc phục bằng cơ chế feedback: cho phép process di chuyển một cách thích hợp giữa các hàng đợi khác nhau 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 19
  20. Multilevel Feedback Queue (tt)  Multilevel Feedback Queue Phân loại processes dựa trên các đặc tính về CPU-burst Sử dụng decision mode preemptive Sau một khoảng thời gian nào đó, các I/O-bound process và interactive process sẽ ở các hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn còn CPU-bound process sẽ ở các queue có độ ưu tiên thấp hơn Một process đã chờ quá lâu ở một hàng đợi có độ ưu tiên thấp có thể được chuyển đến hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn (cơ chế niên hạn, aging) 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 20
  21. Multilevel Feedback Queue (tt)  Ví dụ: Có 3 hàng đợi Q0 , dùng RR với quantum 8 ms Q1 , dùng RR với quantum 16 ms Q2 , dùng FCFS 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 21
  22. Multilevel Feedback Queue (tt)  Định thời dùng multilevel feedback queue đòi hỏi phải giải quyết các vấn đề sau Số lượng hàng đợi bao nhiêu là thích hợp? Dùng giải thuật định thời nào ở mỗi hàng đợi? Làm sao để xác định thời điểm cần chuyển một process đến hàng đợi cao hơn hoặc thấp hơn? Khi process yêu cầu được xử lý thì đưa vào hàng đợi nào là hợp lý nhất? 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 22
  23. So sánh các giải thuật  Giải thuật định thời nào là tốt nhất?  Câu trả lời phụ thuộc các yếu tố sau: Tần xuất tải việc (System workload) Sự hỗ trợ của phần cứng đối với dispatcher Sự tương quan về trọng số của các tiêu chuẩn định thời như response time, hiệu suất CPU, throughput, Phương pháp định lượng so sánh 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 23
  24. Đọc thêm  Policy và Mechanism  Định thời trên hệ thống multiprocessor  Đánh giá giải thuật định thời CPU  Định thời trong một số hệ điều hành thông dụng  (Đọc trong tài liệu tham khảo sách gốc tiếng Anh) 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 24
  25. Tóm tắt lại nội dung buổi học  Các giải thuật định thời First-Come, First-Served (FCFS) Shortest Job First (SJF) Shortest Remaining Time First (SRTF) Priority Scheduling Round-Robin (RR) Highest Response Ratio Next (HRRN) Multilevel Queue Multilevel Feedback Queue 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 25
  26. Câu hỏi ôn tập chương 4  Tại sao phải định thời? Nêu các bộ định thời và mô tả về chúng?  Các tiêu chuẩn định thời CPU?  Có bao nhiêu giải thuật định thời? Kể tên?  Mô tả và nêu ưu điểm, nhược điểm của từng giải thuật định thời? FCFS, SJF, SRTF, RR, Priority Scheduling, HRRN, MQ, MFQ. 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 26
  27. Bài tập 1 Sử dụng các giải thuật FCFS, SJF, SRTF, Priority -Pre, RR (10) để tính các giá trị thời gian đợi, thời gian đáp ứng và thời gian hoàn thành trung bình và vẽ giản đồ Gaint Process Arrival Burst Priority P1 0 20 20 P2 25 25 30 P3 20 25 15 P4 35 15 35 P5 10 35 5 P6 15 50 10 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 27
  28. Bài tập 2 Cho 5 tiến trình với thời gian vào và thời gian cần CPU tương ứng như bảng sau: Process Arrival Burst P1 0 10 P2 2 29 P3 4 3 P4 5 7 P5 7 12 Vẽ giản đồ Gantt và tính thời gian đợi trung bình, thời gian đáp ứng trung bình và thời gian lưu lại trong hệ thống (turnaround time) trung bình cho các giải thuật? a. FCFS, b. SJF preemptive, c. RR với quantum time = 10 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 28
  29. Bài tập 3 Xét tập các tiến trình sau (với thời gian yêu cầu CPU và độ ưu tiên kèm theo) : Process Arrival Burst Priority P1 0 10 3 P2 1 3 2 P3 2 2 1 P4 3 1 2 P5 4 5 4 Vẽ giản đồ Gantt và tính thời gian đợi trung bình và thời gian lưu lại trong hệ thống trung bình (turnaround time) cho các giải thuật? a. SFJ Preemptive b. RR với quantum time = 2, c. Điều phối theo độ ưu tiên độc quyền (độ ưu tiên 1 > 2 > ) 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 29
  30. Bài tập 4 Tất cả process đều đến ở thời điểm 0 theo thứ tự từ P1 đến P5. Vẽ giản đồ Gantt và tính thời gian đợi trung bình và thời gian lưu lại trong hệ thống (turnaround time) trung bình cho các giải thuật? Process Burst Time P1 10 P2 29 P3 3 P4 7 P5 12 a. FCFS, SFJ b. RR với quantum time = 10 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 30
  31. Bài tập 5 Cho 4 tiến trình và thời gian vào (Arrival Time) tương ứng: Process Arrival Time CPU Burst Time P1 0 12 P2 2 7 P3 3 5 P4 5 9 Vẽ sơ đồ Gannt và tính thời gian chờ trung bình (average wait time) và thời gian xoay vòng (average turnaround time) trung bình cho các giải thuật định thời a. Shortest Remaining Time First (SRTF) b. Round Robin (RR) với quantum = 4 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 31
  32. Bài tập 6 Cho 5 tiến trình P1, P2, P3, P4, P5 với thời gian vào Ready List vào thời gian cần CPU tương tứng như bảng sau: Process Arrival Time CPU Burst Time P1 0 8 P2 2 19 P3 4 3 P4 5 6 P5 7 12 Vẽ sơ đồ Gannt và tính thời gian chờ trung binh, thời gian đáp ứng trung bình và thời gian lưu lại trong hệ thống (turnaround time) trung bình cho các giải thuật? a. FCFS, b. SJF preemptive c. RR với quantum time = 6 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 32
  33. THẢO LUẬN 1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 33