11.11. Планирование по принципу sjf («кратчайшее задание — первым»)

Принцип SJF («кратчайшее задание — первым») — это дисциплина планирования без переключения, согласно которой следующим для выполнения выбирается ожидающее задание (или процесс) с минимальным оценочным рабочим временем, остающимся до завершения. Принцип SJF обеспечивает уменьшение среднего времени ожидания по сравнению с дисциплиной FIFO. Однако времена ожидания при этом колеблются в более широких пределах (т. е. менее предсказуемы), чем в случае FIFO, особенно при больших заданиях.

Дисциплина SJF оказывает предпочтение коротким заданиям (или процессам) за счет более длинных.

Механизм SJF выбирает для обслуживания задания таким образом, чтобы очередное задание завершалось и покидало систему как можно быстрее. Благодаря этому обеспечивается уменьшение количества ожидающих заданий, а также количества заданий, стоя­щих в очереди за длинными заданиями. В результате дисциплина SJF позволяет свести к минимуму среднее время ожидания для заданий, проходящих через систему.

Очевидная проблема, связанная с реализацией принципа SJF, состоит в том, что он требует точно знать, сколько времени будет выполняться задание или процесс, а такой информации обычно не бывает. Самое большее, что может сделать механизм SJF, — это полагаться на оценочные значения времен выполнения, указываемые пользователями. В условиях производственного счета, когда одни и те же задачи выполняются регулярно, довольно точные и обоснованные оценки, по-видимому, возможны. Однако в исследовательской работе пользователи редко знают, как долго будут выполняться их программы.

Принцип SJF подобно FIFO — это дисциплина обслуживания без переключения, поэтому ее не рекомендуется применять в системах разделения времени, где необходимо гарантировать приемлемые времена ответа.

6.12. Планирование по принципу srt («по наименьшему остающемуся времени»)

Принцип SRT — это аналог принципа SJF, но с переключением, применимый в системах с разделением времени. По принципу SRT всегда выполняется процесс, имеющий минимальное оценочное время до завершения, причем с учетом новых поступающих процессов. По принципу SJF задание, которое запущено в работу, выполняется до завершения. По принципу SRT выполняющийся процесс может быть прерван при поступлении нового процесса, имеющего более короткое оценочное время работы. Чтобы механизм SRT был эффективным, опять-таки нужны достаточно точные оценки будущего, причем разработчик системы должен позаботиться о мерах против неправильного использования прикладными программистами особенностей стратегий планирования.

Дисциплина SRT характеризуется более высокими накладными расходами, чем SJF. Механизм SRT должен следить за текущим временем обслуживания выполняющегося задания и обрабатывать возникающие прерывания. Поступающие в систему небольшие процессы будут выполняться почти немедленно. Однако более длительные задания будут иметь даже большее среднее время ожидания и больший разброс времени ожидания, чем в случае SJF.

Реализация принципа SRT требует, чтобы регистрировались истекшие времена обслуживания, а это приводит к увеличению накладных расходов. Теоретически принцип SRT обеспечивает минимальные времена ожидания. Однако из-за издержек на переключения может оказаться так, что в определенных ситуациях в действительности лучшие показатели будет иметь SJF.

Предположим, что текущее задание уже почти завершается, а в этот момент поступает новое задание с очень малым оценочным временем обслуживания. Следует ли переключаться? Механизм планирования, реализующий чистый принцип SRT, произвел бы переключение, однако целесообразно ли это? Проблему можно решить, если предусмотреть некоторое пороговое значение остающегося времени выполнения, с тем чтобы в случае, если текущему заданию требуется для своего завершения меньше указанного количества времени, система гарантировала бы его завершение без прерываний.

Предположим, что поступает задание, оценочное время которого лишь немногим меньше времени, необходимого для завершения текущего задания, причем в основном процессорного времени. В этом случае механизм, реализующий чистый принцип SRT, также пошел бы на переключение. Если, однако, затраты на переключение превышают разность времен обслуживания обоих заданий, то прерывание текущего задания фактически приведет к снижению производительности системы. Цель всех этих рассуждений состоит в том, чтобы показать, что разработчики операционных систем должны тщательно взвешивать накладные расходы механизмов управления ресурсами в сравнении с предположительными выгодами.