3.2.Цели планирования

В настоящее время существует множество алгоритмов планирования. Выбор алгоритма определяется классом решаемых задач и критериями, предъявляемые к алгоритмам планирования. Ниже представлены критерии планирования:

• справедливость (ни один процесс не может пострадать от бесконечного откладывания, гарантия каждому процессу части времени процессора);

• эффективность (обеспечить максимальную пропускную способность системы, т.е. обслуживать максимально возможное количество процессов в единицу времени, 100% занятость рабочего времени процессора и минимум времени простаивания процессора в ожидании процессов, готовых к исполнению: в реальных вычислительных системах загрузка процессора колеблется от 40 до 90%);

• обеспечить максимальному количеству пользователей, работающих в интерактивном режиме, приемлемые времена ответов

• предсказуемость (Задание должно выполняться приблизительно за одно и то же время независимо от нагрузки системы)

• минимизация накладных расходов (под накладными расходами понимают потерю ресурсов)

• сбалансированность использования ресурсов (повышение коэффициента использования системных ресурсов, предпочтение должно оказываться тем процессам, которые будут занимать недогруженные ресурсы)

• Обеспечение баланса между временем ответа и коэффициентом использования ресурсов ( наличие свободных ресурсов гарантируют малое время ответа, но это снижает общий коэффициент использования ресурсов. В системах реального времени существенно минимальное время реакции)

• Исключение бесконечного откладывания (учет старения процесса, когда с увеличением периода времени, в течение которого процесс ожидает освобождения некоторого ресурса, растет его приоритет)

• Учет приоритетов (механизмы планирования должны оказывать предпочтение процессам с более высоким приоритетом)

• Оказывать предпочтение процессам, занимающим ключевые ресурсы (процесс более низкого приоритета может удерживать за собой некоторый ключевой ресурс, который требуется процессам с более высоким приоритетом. Если этот ресурс не является оперативно перераспределяемым, то механизм планирования должен создать для этого процесса лучшие, чем обычно условия, чтобы процесс быстрее освободил, удерживаемый им ключевой ресурс)

• Создавать лучшие условия для процессов, отличающихся примерным поведением (требуют меньшей подкачки страниц)

• Постепенность снижения работоспособности при больших нагрузках (предотвращение чрезмерных нагрузок, не разрешая создавать новые процессы либо постепенно снижает уровень обслуживания для всех процессов в случае увеличения нагрузки)

Многие цели и критерии планирования могут противоречить друг другу.

3.4. Критерии планирования

Существуют статические и динамические параметры планирования. Статические параметры не изменяются в ходе функционирования вычислительной системы, динамические подвержены постоянным изменениям.

К статическим параметрам относятся предельные значения ресурсов вычислительной системы или характеристики заданий на этапе загрузки. Примеры статических характеристик: каким пользователем запущен процесс или сформировано задание, приоритет выполнения поставленной задачи, ресурсы вычислительной системы (оперативная память, устройства ввода-вывода, специальные библиотеки и системные программы, максимальное количество памяти на диске для осуществления свопинга и т. д.)

Динамические параметры системы описывают количество свободных ресурсов на данный момент времени. Примеры динамических параметров: сколько времени прошло с момента выгрузки процесса на диск или его загрузки в оперативную память; сколько оперативной памяти занимает процесс; сколько процессорного времени уже предоставлено процессу

Алгоритмы долгосрочного планирования используют статические и динамические параметры вычислительной системы и статические параметры процессов (динамические параметры процессов на этапе загрузки заданий еще не известны). Алгоритмы краткосрочного и среднесрочного планирования дополнительно учитывают и динамические характеристики процессов.

Для достижения целей планирования механизм планирования должен учитывать следующие факторы

• Лимитирует ли процесс ЦП (будет ли он использовать процессор до истечения кванта времени)

• Обязательность быстрой реакции (системы реального времени требуют быстрой реакции)

• Приоритетность процессов (создание лучших условий для процессов с высокими приоритетами)

• Частота прерываний по отсутствии нужных страниц при выполнении процесса (Малое количество прерываний характерно для процессов, которые уже сформировали свои рабочие множества в оперативной памяти и наоборот. Есть мнение, что предпочтение следует отдавать первым процессам, но есть и другое, поскольку процессы, которые не сформировали свои рабочие множества будут занимать процессор на короткие промежутки времени перед генерацией запроса на ввод-вывод)

• Насколько часто процесс приостанавливается из-за переключения на процесс более высокого приоритета. Часто приостанавливаемым процессам следует создавать менее благоприятные условия для работы, поскольку для запуска такого процесса операционной системе каждый раз следует идти на накладные расходы и короткое время работы процесса перед приостановкой их не оправдывает)

• Сколько времени уже получил данный процесс (Одни считают, что предпочтение следует отдавать процессу, который получил меньше времени, другие считают, что процесс, который получил много времени близок к завершению и быстрее покинет систему)