4Стратегия sjf

Стратегия SJF (Shortest Job – First, «кратчайшее задание – первым») – это стратегия планирования, согласно которой для выполнения выбирается задание с минимальным временем обслуживания. Эта стратегия обеспечивает уменьшение среднего времени ожидания по сравнению со стратегией FCFS.

Например, для процессов P1, P2 и P3 из приведенного выше примера среднее время ожидания равно (0 + 3 + 6) / 3 = 3 мс.

Наибольшая трудность в практической реализации стратегии SJF заключается в невозможности заранее определить величину времени обслуживания. Поэтому стратегия SJF применялась в основном в долгосрочных планировщиках, обслуживающих пакетный режим. В этом случае вместо величины времени обслуживания использовалось допустимое максимальное или оценочное время выполнения задания, которое пользователь должен был специфицировать заранее. Очевидно, что процессу выгодно иметь небольшое ожидаемое время выполнения. Пользователи могут сознательно указывать неверное ожидаемое время с целью повысить свой приоритет. С этим можно бороться, наказывая пользователей, которые занижают ожидаемое время выполнения. Например, для процессов, выходящих за пределы своей оценки, может быть увеличена цена машинного времени.

Правило SJF можно реализовать с вытеснениями или без них. Если вытеснение запрещено, то процессы всегда работают до тех пор, пока не закончатся или не заблокируются. В случае когда разрешены вытеснения, если поступает процесс с меньшим ожидаемым временем, чем у текущего процесса, то последний вытесняется и его место занимает новый процесс. Для коротких процессов стратегия с вытеснениями лучше, чем без вытеснений. Если вытеснения разрешены, то длинным процессам становится труднее удерживать процессор в своем распоряжении.

Хотя вытеснение улучшает обслуживание коротких процессов, с ним сопряжены определенные издержки. Вытеснение требует какого-то времени и тем самым задерживает всю очередь готовых процессов. Поэтому если выполняемый процесс близок к завершению своей работы, то, видимо, не стоит вытеснять его.

Поскольку рассматриваемый алгоритм минимизирует среднее оборотное время в системах пакетной обработки, хотелось бы использовать его и в интерактивных системах. В известной степени это возможно. Интерактивные процессы чаще всего следуют схеме «ожидание команды, исполнение команды, ожидание команды, исполнение команды...» Если рассматривать выполнение каждой команды как отдельную задачу, можно свести к минимуму общее среднее время отклика, запуская первой самую короткую задачу. Единственная проблема состоит в том, чтобы понять, какой из ожидающих процессов самый короткий.

Один из методов привлекает к оценке «длину» процесса, базируясь на предыдущем его поведении. При этом запускается процесс, у которого оцененное время самое маленькое. Допустим, что предполагаемое время исполнения команды равно и предполагаемое время следующего запуска равно . Можно улучшить оценку, взяв взвешенную сумму этих времен . Выбирая соответствующее значение а, мы можем заставить алгоритм оценки быстро забывать о предыдущих запусках или, наоборот, помнить о них в течение долгого времени. Взяв а = 1/2, мы получим серию оценок:

, , , .

После трех запусков вес в оценке уменьшится до 1/8.

Метод оценки следующего значения серии через взвешенное среднее предыдущего значения и предыдущей оценки часто называют старением. Этот метод применим во многих ситуациях, где необходима оценка по предыдущим значениям. Проще всего реализовать старение при а = 1/2. На каждом шаге нужно всего лишь добавить к текущей оценке новое значение и разделить сумму пополам (со сдвигом вправо на 1 бит).

Следует отметить, что эта схема работает лишь в случае одновременного наличия задач. В качестве контрпримера можно рассмотреть пять задач, А, В, С, D и Е, причем первые две доступны сразу же, а три оставшиеся — еще через три минуты. Время выполнения этих задач составляет 2, 4, 1, 1 и 1 мин соответственно.

Вначале можно выбрать только А или В, поскольку остальные недоступны.

Если руководствоваться алгоритмом «Кратчайшая задача – первая», задачи будут запущены в следующем порядке: А, В, С, D, Е и среднее оборотное время составит 4,6 мин. Если же запустить их в порядке В, С, D, Е, А, оно будет равно 4,4 мин.

Для типичных распределений величины времени выполнения характерно преобладание коротких процессов. В таких условиях правило SJF работает вполне успешно, так как оно весьма благоприятствует коротким заданиям. Правда, длинные процессы обслуживаются плохо. Если система сильно загружена, то с длинными процессами дело обстоит особенно плохо, и это положение еще усугубляется, если разрешено вытеснение. Впрочем, если система близка к пределу своих возможностей, то любое правило планирования работает не вполне хорошо.