Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах.

Другой важной концепцией, лежащей в основе многих вытесняющих алгоритмов планирования, является приоритетное обслуживание. Приоритетное обслуживание предполагает наличие у потоков некоторой изначально известной характеристики – приоритета, на основании которой определяется порядок их выполнения. Приоритет – это число, характеризующее степень привилегированности потока при использовании ресурсов ВС, в частности процессорного времени: чем выше приоритет, тем выше привилегии, тем меньше времени будет проводить поток в очередях.

Приоритет может выражаться целым или дробным, положительным или отрицательным значением. В некоторых ОС принято, что приоритет потока тем выше, чем больше (в арифметическом смысле) число, обозначающее приоритет. В других системах, наоборот, чем меньше число, тем выше приоритет.

Приоритет может назначаться директивно администратором системы, либо вычисляться самой ОС по определенным правилам. Приоритет может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса либо изменяться во времени в соответствии с некоторым законом. В последнем случае приоритеты называются динамическими. В большинстве операционных систем, поддерживающих потоки, приоритет потока непосредственно связан с приоритетом процесса, в рамках которого выполняется данный поток.

Например, в операционной системе Windows NT определено 32 уровня приоритетов и два класса потоков – потоки реального времени и потоки с переменными приоритетами. Диапазон от 1 до 15 отведен для потоков с переменными приоритетами, а от 16 до 31 – для потоков реального времени (приоритет 0 зарезервирован для системных целей).

Существует две разновидности приоритетного обслуживания:

- обслуживание с относительными приоритетами;

- обслуживание с абсолютными приоритетами.

В системах с относительными и абсолютными приоритетами выбор потока на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково: выбирается поток, имеющий наивысший приоритет. По-разному определяется момент смены активного потока.

В системах с относительными приоритетами активный поток выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор при наступлении одного из следующих событий: процесс завершился, ошибка, переход в состояние «ожидание». Если ни одно из перечисленных событий не наступило, активный поток выполняется от начала до конца (квантование отсутствует).

В системах с абсолютными приоритетами, в отличие от предыдущего случая, выполнение активного потока принудительно прерывается операционной системой, если в очереди готовых потоков появился поток, приоритет которого выше приоритета активного потока. При этом прерванный поток переходит в состояние «готовность».

Графы состояний потока для алгоритмов с относительными и абсолютными приоритетами показаны на рис. 4.6.

а)

б)

Рис. 4.6. Графы состояний потока в системах

с относительными (а) и абсолютными (б) приоритетами

В системах на основе относительных приоритетов, минимизируются затраты на переключения процессора с одной работы на другую, но могут возникать ситуации, когда одна задача занимает процессор долгое время. Для систем разделения времени и реального времени относительные приоритеты не подходят, а вот в системах пакетной обработки используются широко.

В системах с абсолютными приоритетами время ожидания потока с самым высоким приоритетом в очередях может сведено к минимуму. Это делает планирование на основе абсолютных приоритетов подходящим для систем управления объектами, в которых важна быстрая реакция на событие.