Планирование работ в вычислительных системах

Цель работы: освоение простейших алгоритмов планирования выполнения работ на заданном наборе ресурсов вычислительной системы.

Планирование работ вычислительной системы сводится к нахождению такой последовательности пропуска задач через вычислительную систему с ограниченными ресурсами, при которой заданные критерии эффективности примут экстремальные значения.

Потребность работ J₁,J₂,...,J_m в ресурсах F₁,F₂,...,F_n характеризуется матрицей трудоемкости работ

		F1	F2	. . .	Fn
	J1	t11	t12	. . .	t1n
	J2	t21	t22	. . .	t2n
T = [ tij ] =	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
	Jm	tm1	tm2	. . .	tmn

где t_ij - означает потребность работы J_i в ресурсе F_j.

Для более эффективного планирования работ нужно задавать также порядок использования ресурсов каждой из работ, приоритет выполняемых работ и множество других параметров.

Критерием эффективности планирования работ может служить штраф за задержку выполнения работ, суммарное время обработки пакета, загрузка устройств вычислительной системы и неограниченое число других величин, интересующих конкретного пользователя.

Математическая задача отыскания экстремума выбранного критерия эффективности расписания выполнения работ при известных ресурсах, матрице трудоемкостей и других ограничений становится очень сложной.

Поэтому следует учитывать дополнительные факторы, основные из которых следующие:

- степень детерменированности характеристик работ и порядка их поступления в вычислительную систему;

- затраты времени на выполнение алгоритма высокоэффективного планирования.

Если характеристики работ и время их поступления известны с высокой точностью, то следует воспользоваться результатами прикладной математической дисциплины известной под названием теория расписаний [1]. Но обычно, за редким исключением, оптимальное расписанием может быть найдено только методом полного перебора, так как данный класс задач относится к комбинаторным задачам. Даже при небольшом числе работ полный перебор всех вариантов расписания требует больших затрат машинного времени.

В реальных условиях характеристики работ в лучшем случае известны как средние значения случайных величин с известными вероятностными законами распределения, а в худшем случае о них априорно ничего неизвестно.

Вышеуказанные причины приводят к тому, что при планировании работ наиболее часто используются эвристические методы в которых порядок использования ресурсов предельно упрощается и используется только матрица средних трудоемкостей.

В данной лабораторной работе следует найти квазиоптимальный вариант пропуска десяти задач через вычислительную систему, состоящую из двух устройств ввода, процессора, устройства вывода и ОЗУ ограниченной емкости. При этом предполагается,что порядок использования ресурсов каждой из задач одинаков и заключается в следующем. Запуск задачи на выполнение начинается с ввода некоторой информации с первого устройства ввода. Затем вводится дополнительная информация со второго устройства ввода и начинается счет на процессоре, который заканчивается выводом результатов на внешнее выходное устройство. Прообразом таких задач может служить пропуск программы на каком-либо алгоритмическом языке через вычислительную систему. Программа вводится в систему с некоторого носителя ( перфокарты, перфоленты, магнитного диска, клавиатуры и т.д.). С какого-либо внешнего запоминающего устройства вводится требуемый транслятор или другое программное обеспечение. Затем выполняется этап трансляции программы, редактирование связей и при отсутствии синтаксических ошибок осуществляется счет по полученной машинной программе. Результаты трансляции и счета выводятся на какое-либо устройство - дисплей, принтер, внешнее запоминающее устройство и т.д. В рассматриваемых программах не предполагается многократное использование внешних устройств, то есть операторы ввода-вывода не входят в тела циклов. При отсутствии такого допущения соответствующие внешние устройства требуется отдать какой-либо из программ в монопольной пользование на время ее выполнения.

Матрица трудоемкости для заданного варианта получается следующим образом. В соответствии с вариантом выбирается строка из таблицы 4.1 и девять строк, расположенных ниже выбранной. Если при этом таблица заканчивается, недостающие строки выбираются с начала таблицы. Можно предположить, что таблица написана на боковой поверхности цилиндра.

Трудоемкости внешних устройств и процессора заданы в некоторых единицах времени, допустим в секундах, а потребность в ОЗУ характеризуется числом условных страниц. Причем общий объем ОЗУ равен тридцатидвум страницам и категорически не может быть превышен.

В дальнейшем для примеров будет использоваться матрица трудоемкости вида

		F1	F2	CPU	F3	MEM
	J1	8	9	10	11	12
	J2	7	6	5	4	15
Т =	J3	4	3	2	1	10	( 1 )
	J4	5	6	7	8	19
	J5	4	3	2	2	10

Т Р У Д О Е М К О С Т Ь В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т

Таблица 4.1

Номер варианта	УВВ F1, сек	УВВ F2, сек	Процессор CPU, сек	УВВ F3, сек	ОЗУ, страниц
1	1	2	3	4	5
2	10	9	8	7	6
3	11	10	9	8	15
4	2	1	8	7	16
5	2	2	3	4	25
6	3	4	2	3	24
7	9	8	7	6	15
8	10	9	2	3	14
9	9	8	7	10	5
10	2	1	2	3	4
11	3	4	5	6	7
12	2	6	4	9	8
13	3	4	8	5	17
14	2	5	9	6	18
15	6	5	4	3	23
16	8	9	2	2	22
17	7	6	5	4	13
18	8	9	10	11	12
19	9	7	5	8	3
20	4	6	8	9	2
21	5	6	7	8	9
22	4	3	2	7	10
23	5	6	7	9	19
24	4	5	3	6	20
25	5	9	6	2	21
26	9	8	7	6	20
27	5	2	9	6	11
28	10	7	3	8	10
29	11	9	11	10	15
30	2	4	6	7	9

В лабораторной работе следует выполнить планирование работ по нескольким алгоритмам.