Гарантированное планирование
Совершенно иной подход к планированию заключается в предоставлении пользователям реальных обещаний относительно производительности, а затем в выполнении этих обещаний. Одно из обещаний, которое можно дать и просто выполнить, заключается в следующем: если в процессе работы в системе зарегистрированы n пользователей, то вы получите 1/n от мощности центрального процессора. Аналогично этому в однопользовательской системе, имеющей n работающих процессов, при прочих равных условиях каждый из них получит 1/n от общего числа процессорных циклов.
Лотерейное планирование
Основная идея состоит в раздаче процессам лотерейных билетов на доступ к различным системным ресурсам, в том числе к процессорному времени. Когда планировщику нужно принимать решение, в случайном порядке выбирается лотерейный билет, и ресурс отдается процессу, обладающему этим билетом.
Справедливое планирование
В этой модели каждому пользователю распределяется некоторая доля процессорного времени и планировщик выбирает процессы, соблюдая это распределение. Таким образом, если каждому из двух пользователей было обещано по 50 % процессорного времени, то они его получат, независимо от количества имеющихся у них процессов.
Планирование потоков
Когда есть несколько процессов и у каждого – несколько потоков, у нас появляется два уровня параллелизма: процессы и потоки. Планирование в таких системах в значительной степени зависит от того, на каком уровне поддерживаются потоки – на пользовательском, на уровне ядра или на обоих уровнях.
Сначала рассмотрим потоки на уровне пользователя. Поскольку ядро о существовании потоков не знает, оно работает в обычном режиме, выбирая процесс, скажем, A, и передает процессу A управление до истечения его кванта времени. Планировщик потоков внутри процесса A решает, какой поток запустить, – скажем, A1. Из-за отсутствия таймерных прерываний для многозадачных потоков этот поток может продолжать работу, сколько ему понадобится. Если он полностью израсходует весь квант времени, отведенный процессу, ядро выберет для запуска другой процесс.
Теперь рассмотрим ситуацию с потоками, реализованными на уровне ядра. Здесь конкретный запускаемый поток выбирается ядром. Ему не нужно учитывать принадлежность этого потока конкретному процессу, но если понадобится, то он может это сделать. Потоку выделяется квант времени, по истечении которого его работа при останавливается. Если выделен квант 50 мс, а запущен поток, который блокируется через 5 мс, то очередность потоков на период продолжительностью 30 мс может быть следующей: A1, B1, A2, B2, A3, B3, что невозможно получить при таких параметрах на пользовательском уровне.
Планирование в системах реального времени, политика и механизмы, планирование потоков
В системах реального времени планирование имеет особое значение, поскольку время реакции на сигналы управляемого объекта не должно превышать заданное значение. Планирование облегчается тем, что в системах реального времени весь набор выполняемых задач известен заранее, часто также известно времени выполнения задач, моменты активизации и т. д.
При разработке алгоритмов планирования учитывают, какие последствия возникают при несоблюдении временных ограничений:
Жесткие-нарушения недопустимы.
Мягкие- нарушения не желательны, но допустимы.
Внешние события, на которые система должна реагировать:
Периодические- возникают через интервалы времени.
Непериодические-возникают непредвиденно.
Все периодические задачи могут быть своевременно обработаны однопроцессорной системой только при выполнении условия:
,
где tобр i – время обработки i-го события процессором;
Ti – период возникновения i-го события;
m – Число событий.
Существует два типа потоков: потоки на уровне ядра и потоки на уровне пользователя.
В случае поддержки потоков на уровне пользователя ядро не знает о существовании потоков и выполняет обычное планирование.
В случае поддержки потоков на уровне ядра, (рисунок 2.2) ядро выбирает следующий поток, не принимая во внимание, какой поток принадлежит какому процессу.
Основное различие между реализацией потоков на уровне пользователя и реализацией их на уровне ядра состоит в производительности. Для переключения потоков на уровне пользователя требуется выполнение нескольких машинных команд. Для переключения потоков на уровне ядра нужно выполнить полное переключение контекста с заменой карты памяти и аннулированием кэша, что выполняется медленнее. С другой стороны, при реализации потоков на уровне пользователя блокировка потока на устройстве ввода-вывода блокирует весь процесс, что не случается с потоками на уровне ядра.