SO s08 Ejercicios de Scheduling de Procesos

7/18/2019 SO s08 Ejercicios de Scheduling de Procesos

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Sistemas

Operativos I Ing. Jorge Garza Murillo

Sesión 8

1



Ejerciciosde scheduling

de procesos

(CPU Scheduling)

2



Conceptos clave

Tiempos: Tiempo de CPU / Ráfaga de CPU Terminación Llegada

Parámetros (para la política de Scheduling): Prioridad Quantum

Cambio de contexto

3



Conceptos clave

Criterios de comparación (métricas): Turnaround Tiempo de espera Throughput

Tipos de política de scheduling: Expropiativas No expropiativas

4



Clasificación de políticas descheduling

Scheduling

Expropiativo No expropiativo

RRMLFQ

SRT

SJF

HRN

FCFS

SJFExpropiativo

Priority Priority

5



Nota importante

En todos los ejercicios, se pide calcular elturnaround promedio para la secuencia deprocesos dada.

En algunos casos, también se pidecalcular el tiempo promedio de espera.

6



1. Utilizando Round-Robin con Q = 1 (Expropiat ivo)

Nota - La letra representa el JOB y el númeroentre paréntesis su RÁFAGA DE CPU.

Ejercicios

t = 0 A (5) t = 2 D (2) t = 3 E (4) t = 5 G (1)

B (3) F (3)

C (1)

JOB

en elCPU A B C A B D E F A B G D E F A E F A E

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

TiempoLlegadas

Llegadas:

7



TT TLL TU

TT - tiempo de terminación, TLL - tiempo de llegada,

TU - turnaround

0 C (1) B (3)

1 A (4) C (1)

2 D (2) B (2) A (4)

3 F (3) E (4) D (2) B (2)

4 A (3) F (3) E (4) D (2)5 G (1) B (1) A (3) F (3) E (4)

6 D (1) G (1) B (1) A (3) F (3)

7 E (3) D (1) G (1) B (1) A (3)

Tiempo Cola de listos CPU

A (5)

B (3)

C (1)

A (4)

B (2)D (2)

E (4)

F (3)

C

B

G

D

FA

E

3 0 3

10 0 10

11 5 6

12 2 10

17 3 1418 0 18

19 3 16

TU promedio = 77 / 7 = 11

RR . . . . . . . . .

En este ejemplo, se le da prioridad para formarse en la cola de listos al

proceso que sale del CPU sobre el que llega a la cola de listos (nuevo)

8



•¿Cuál sería el tiempo de espera promedio?

JOB

A B C A B D E F A B G D E F A E F A E1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

TiempoLlegadas

Tiempo de espera (sacado directamente de la gráfica)

A

B

C

DE

F

G

2 + 4 + 5 + 2 = 13

1 + 2 + 4 = 7

2 = 2

3 + 5 = 8

3 + 5 + 2 + 2 = 12

4 + 5 + 2 = 11

5 = 5

Tiempo de esperapromedio = 58/7 = 8.2

Otra forma de calcularlo sería:T. Espera = Turnaround – T. de CPU

Ej.: T. de espera de A = 18 – 5 = 13

9



2. Usando SRT (Shortest Remaining Time)

Expropiativo, Q = 1

t = 0 A (5) t = 2 D (2) t = 3 E (4) t = 5 G (1)

B (3) F (3)

C (1)

C B D D B G B F E A

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

TiempoLlegadas

10



TT TLL TU

C

D

G

B

F

E

A

1 0 1

4 2 2

6 5 1

7 0 7

10 3 7

14 3 11

19 0 19

T = 48 / 7 = 6.85

Longitud Máxima de la cola de listos = 4

0

1

2

3

4

5

6

A (5) B (3)

A (5)

A (5) B (2)

A (5) E (4) F (3) B (2)

A (5) E (4) F (3)

A (5) E (4) F (3) B (1)

A (5) E (4) F (3)

C (1)

B (3)

D (2)

D (1)

B (2)

G (1)

B (1)

Tiempo Cola de listos CPU

SRT . . . . . . . . . . .

En este ejemplo, se le da

prioridad para formarse en

la cola de listos al proceso

que llega a la cola de

listos (nuevo) sobre el

que sale del CPU11



• Calcule el tiempo de espera promedio

C B D D B G B F E A

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

TiempoLLegadas

Tiempo de espera

A

B

CD

E

F

G

14 = 14

1 + 2 + 1 = 4

0 = 00 = 0

7 = 7

4 = 4

0 = 0

Tiempo de esperapromedio = 29/7 = 4.1

12



IMPORTANTE

• Si no nos dan criterios claros y específicos, para lasolución no será relevante si se da prioridad paraformarse en la cola de listos al proceso nuevo que llegapor primera vez a listos o al que ya estaba en el sistema,lo importante es utilizar siempre el mismo criterio, esdecir; ser consistente.

• Es decir; para probar el funcionamiento de cualquiera delos algoritmos, ambos criterios pueden ser igualmenteválidos, tomando como base la consistencia mencionada.

13



3. Usando FIFO (no expropiativo)

t = 0 A (5) t = 2 D (2) t = 3 E (4) t = 5 G (1)

B (3) F (3)C (1)

Tiempo

A B C D E F G

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1718 19 20 21

A

B

C

D

E

F

G

5 0 5

8 0 8

9 0 9

11 2 9

15 3 12

18 3 15

19 5 14

Orden TT TLL TU (turnaround)

TU promedio = 72/7= 10.2

14



4. SJF vs SRT

A(8) B(4) C(3) D(7) E(4) ---> Llegadas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Tiempo

A C B D E

8 11 15 22 26

SJF (no expropiativo), sin cambio de contexto

SJF con cambio de contexto = 2

A C B DE

8 10 13 15 19 21 25 27 34

CC CC CC CC

15



SRT (igual a SJF expropiativo), CC = 2

JOB SJF SRT

A

B

CD

E

(8 - 0) = 8

(19 - 2) = 17

(13 - 6) = 7(34 - 14) = 20

(25 - 16) = 9

TU Prom. = 12.2

(29 - 0) = 29

(8 - 2) = 6

(13 - 6) = 7(38 - 14) = 24

(22 - 16) = 6

TU Prom. = 14.4

A(8) C(3) D(7) E(4)LLEGADAS

B(4)

A CB E

0 2 4 6 8 10 13 15 16 18 22 24 29 31 38

CC CC CC A CC CC CCA D

16



Anexos

17



CPU scheduling

También conocido como: Asignación del CPU

Asignación del procesador

Planificación del procesador

Calendarización del procesador

18



Ready

5

1, 4, 9

2, 3, 5, 6, 7, 8

3, 5, 10

5

Running

Waiting

Determinar qué proceso

se asigna a qué procesador

CPU

Scheduling

CPU Scheduling

Ready

=

19



( 1 ) Prioridad

( 2 ) Quantum( 3 ) I/O Bound,

CPU Bound

( 4 ) Políticas de

Asignacióndel CPU

( 5 ) Criterios decomparación

entre políticas

( 6 ) Cambio de contexto

( 7 ) Interrupciones( 8 ) Expropiativo

y No Expropiativo

( 9 ) Postergación

indefinida

(10 ) Deadlock

• Algunos aspectos a considerar en relacióna CPU Scheduling

CPU Scheduling

20



Administración del procesador

Objetivos Conocer las distintas disciplinas para

administrar el CPU, y su funcionamiento.

Conocer los conceptos:CPU-bound process & I/O-bound process

Quantum, prioridad, throughput, turnaround

21




Conocer los distintos componentesdel administrador del procesador.

Aplicar lo anterior a problemas tipo.

22




Scheduler Parte del sistema operativo encargada de

administrar:

La entrada de jobs al sistema.Suspender / activar los procesos dependiendo.de las cargas del sistema.Seleccionar el procesoal que se le asigna el CPU.

23




El Scheduler se divide en 3 partes:

Scheduler de alto nivel Job

Scheduler

Scheduler intermedio

Scheduler de bajo nivel Dispatcher

24



Actividades específicas de cada nivel de Scheduler

Jobs esperandoentrar

Job esperandoiniciación

Procesossuspendidos esperando

su (re) activación

Procesosactivos

Procesoscorriendo

Job entra

Iniciación del job

suspenderactivar

Despacho

Terminó

Asigna los recursos para el proceso,ejemplo memoria

Decide el nivel de multiprogramación

JobSchedulero schedulerde largoplazo

Schedulerintermedio

Decide qué proceso pasa a listos

Suspender y reactivar procesos

Selecciona - en base a la política de

Scheduling - qué proceso entra al CPU

Realiza el cambio de contexto

block o

quantumagotado

CPUSchedulero schedulerde cortoplazo

25



Criterios de Scheduling

Entre los criterios que se utilizan paracomparar los distintos algoritmos deplanificación del CPU (CPU Scheduling

Algorithms)

Podemos mencionar:

26




Utilización del CPU. Consisteen registrar/monitorear el % del tiempoque el CPU esta ocupado.

Típicamente varía en un rango que vadesde un 40% para un sistema con una

carga de procesos ligera, hasta un 100%para un sistema intensivamente utilizado.

27




Throughput.

Se define comoel número de procesos que son

completamente terminados en un intervalo detiempo.

Algunos ejemplos:

50 procesos por hora,2500 procesos por día,10 transacciones por segundo, etc.

28




Turnaround time Esta es una medida de comparación que

incorpora

el punto de vista de un procesoen particular.

Tiene varias definiciones comúnmente

aceptadas:

29




Es el tiempo total de estanciade un proceso en el sistema computacional;es decir,

es el tiempo desde que llegael proceso hasta que termina.

Es el tiempo transcurrido desde que se envíaun proceso a ejecutar (por ejemplo desde una

terminal), hasta que éste termina.

30




Es la suma de todos los tiemposde un proceso; es decir: Turnaround time =

Tiempo de espera en colas + tiempo de CPU(ready, waiting, etc).

31




Waiting time Se define como el tiempo total

invertido por un proceso esperando

en colas.Response time Para sistemas interactivos, esta

medida generalmente complementa alturnaround time.

32




Se define como el tiempo transcurridodesde que se inicia una transacción(proceso) hasta que se empieza a recibir

una respuesta.

33




Varios ejemplos: Hacer una consulta en Internet, consultar los

datos de un empleado en una terminal,

teclear un comando para listar los procesosen cola de impresión, etc.

34



Políticas de scheduling

• Clasificación de políticas de schedulingScheduling

Expropiativo No expropiativo

RRMLFQ

SRT

SJF

HRN

FCFS

SJFExpropiativo

Priority Priority

35



Políticas de “scheduling”

de procesosNo expropiativo (nonpreemptive) Una vez que el CPU ha sido asignado a un

proceso, el proceso mantiene el control del

CPU hasta que termina o hasta que pasaal estado de bloqueado (liberael control por sí mismo).

36




de procesosExpropiativo (preemptive) El proceso que controla el CPU,

no decide cuando va a perder

el control de él. Dependede la política de Scheduling.

El hecho de que sea preemptive permiteusuarios interactivos en el sistema, perorequiere más tiempo de administración(cambios de contexto, más memoria, etc).

37




de procesosOtros factores que impactan las políticasde Scheduling: Uso de prioridades (estáticas, dinámicas, $).

Uso de tiempos estimados de ejecución.

38

lí d h d l



Políticas de schedulingNo expropiativo

FCFS – First Come, First Served

Bloqueado

Cola de listosC B A

Terminaejecución

CPU

I/O

39



FCFS

Al liberarse el CPU, éste se asigna alprimer proceso en la cola de listos.

Los procesos se colocan en la colade listos según su orden de llegada.

40



FCFS

Si el proceso se bloquea por I/Oantes de terminar su ejecución, eldespachador selecciona el siguienteproceso en la cola de listos paraque entre a ejecución.

41



FCFS

Casi siempre se utiliza como segundaopción.

Favorece trabajos largos que utilizanmucho CPU.

42



(se agotó el Quantum)

Políticas de scheduling

RR –

Round Robin (Expropiativo)Bloqueado

Cola de listos

C B A CPU Termina

CPU

I/O

Expropiación

43



RR

El CPU se asigna al primer procesoen la cola de listos.

Los procesos se colocan en la colade listos según su orden de llegadaEl proceso al agotar su Quantum

regresa a la cola de listos.

44



RR

Si el proceso se bloquea por I/O, seselecciona el siguiente proceso de lacola de listos para que entre aejecución.Esta técnica es efectiva en ambientesde tiempo compartido, donde esimportante optimizar el tiempo derespuesta.

45

Round Robin



C B A X

a) Si termina XC B A

b) Si se bloquea X lista de bloqueados

C B A Xc) Si X agota su quantum

X C B A

Round Robin

Cola de listos En ejecución

El proceso que está en ejecución, no se interrumpedebido a la llegada de jobs con mayor prioridad

46



Round Robin

Efectos del cambio en el tamaño delquantum

Quantum Es el tiempo máximo que se le permite

ejecutar a un proceso cada vez que se le

asigna el CPU.

47

Round Robin Efectos del cambio



Round Robin.- Efectos del cambioen el tamaño del quantum

Q= 2 unidades Q (Quantum)CC= 1 unidad CC (Cambio de contexto)

Proceso A Necesita 3 unidades

de tiempo del CPUProceso B Necesita 1.5 unidades

de tiempo del CPU

A B

B

CC 1 2 3 4 5 5.5 6.5 7.5

A

A

48

Round Robin



Round Robin

En 18 unidades de tiempo sólo 9 fueron

de trabajo productivo 50% de eficiencia

Q = 1 CC = 1 A = 3 B = 4, C = 2

Tiempo de CPU requerido

B Acc cc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

CBcc A cc B cc A Bcc Ccc cc cc

A B C

(A, B llegan en t = 0,C llega en t = 10)

49

Round Robin



Tiempo de CPU requerido

En 13 unidades de tiempo sólo

9 fueron para trabajo productivo 70% de eficiencia

Si quantum muy grande Tiende a FCFS

Si quantum muy pequeño demasiado

overhead en CC

B C

CB

cc C A

A

cccc1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

B

Q = 3 CC = 1 A = 3 B = 4, C = 2

Round Robin

(A, B llegan en t = 0,C llega en t = 10)

50

SJF - Shortest Job First (No expropiativo)



CC = 1tiempo actual = 4

no haymás llegadas

• Favorece jobs cortos

• Puede provocar postergación indefinida

0 1 2 3 4 6 11 17 24

TIEMPO

Sale X

X D A B C

D A B C

CC CC CCCC

SJF Shortest Job First (No expropiativo)Selecciona al proceso con tiempo estimado de ejecución

más pequeño

A 3 4B 2 5

C 1 6D 3 2

Tiempoestimadoejecución

Tiempollegada

Job(proceso)

51



• Selecciona para ejecución al proceso con mayorprioridad basado en la siguiente ecuación:

• Disminuye el problema de SJF con procesos querequieren mucho tiempode ejecución.

HRN Scheduling

HRN-Highest-Response-ratio-Next scheduling(No expropiativo)

Tiempo estimado de ejecuciónPrioridad=

Tiempoen cola

+Tiempo estimadode ejecución

52



HRN Scheduling

• La gráfica en la siguiente página muestra

los cálculos de prioridad en t = 3, t = 10 yt = 13 que es donde ocurren los cambiosde contexto.

Job T.Ll. T.Ej. A 3 4B 2 5

C 1 6D 3 2

CC = 1Tiempo = 4

53

HRN Scheduling



1 2 3 10 13

saleX

C D A B

X C D A B

PA = 4 + 0 = 14

PB = 5 + 1 = 1.25

PC = 6 + 2 = 1.336

PD = 2 + 0 = 12

PA = 4 + 7 = 2.754

PB = 5 + 8 = 2.65

PD = 2 + 7 = 4.52

PA = 4 + 10 = 3.54

PB = 5 + 11 = 3.2

5

HRN Scheduling

54

SRT



SRTShortest Remaining Time (Expropiativo)

Selecciona para ejecución el proceso contiempo estimado restante de ejecuciónmás pequeño.

Si durante su ejecución llega otroproceso, cuyo tiempo estimado deejecución es menor que lo que le falta al

proceso que está corriendo, entonces sereemplaza a éste en el CPU por elproceso más corto.

55

SRT



SRT

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

D E D

E D

Nuevallegada

Tiempo

de llegada

t = 0

CC = 1

ABCDE

56

642

00

002

(Este gráfico no muestra

la solución completa)

Tiempo estimado

de ejecución

Procesos

56



8 9 10 11 12

D D X otro procesoD X

llega X

• Siguiendo con el ejemplo anterior,

suponga que en la unidad de tiempo 8llega un proceso X con tiempo estimadode ejecución de 3/4.

57

X D



En t = 8 al proceso D le faltaba 1 unidad paracompletar su ejecución. Si comparamos estagráfica y la de la página anterior; podemosconcluir que en este caso particular reemplazarel proceso D por el X fue más costoso en tiempo

que no reemplazarlo.

•Esta estrategia es útil en sistemas operativos “time sharing”.

8 9 10 11 12 13

D X D otro proceso

X D

58

Variaciones al



Variaciones alesquema de RR

RR con prioridades estáticas. Selecciona al (job) proceso con mayor

prioridad, el orden de la fila se establece deacuerdo con la prioridad del job.

RR con prioridad dinámica. La prioridad cambia respecto al tiempo.

59



Bloqueado

Nota: sólo hay un CPU

FCFS

RR CPU

CPU

CPU

Expropiación

Expropiación

PROCESOTERMINADO

MLFQ (Multilevel Feedback Queue)-Expropiativo

Procesosbloqueados

por I / O

RR

60



La diferencia entre las filas radica en: Los procesos en filas superiores tienen más

prioridad.

Los procesos en filas inferiores tienenquantum más grande.

61



1.e

Si un proceso de la fila 2 se estáejecutando, y en ese momento llegaotro a una fila superior, el procesode la fila 2 es reemplazado. (Ocurre

la Expropiación) En esta política se le da un trato

preferencial a los procesos I/O bound. Los procesos CPU bound son

penalizados (reciben menosprioridad).

62



Varios materiales

presentados en la sesión,fueron tomados en partede autores como:

Abraham Silberschatz &

Peter Baer Galvin, William Stallings,

Dr. David Garzae Ing. Jorge Garza.

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