Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
Основными различиями между вытесняющими и невытесняющими алгоритмами планирования является степень централизации механизма планирования потоков
Невытесняющие алгоритмы – основаны на том, что активному потоку позволяется выполняться, пока сам по собственной инициативе не отдаст управление ОС. Для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению поток.
Вытесняющий алгоритм – алгоритмы, в которых решение о переключение процессора с выполнения одного потока на другой принимается ОС, а не активной задачей.
При вытесняющем мультипрограммировании ОС выполняет следующие функции:
Определяет момент снятия с выполнения активного потока
Запоминает его контекст
Выбирает из очереди готовых потоков – следующий
Запускает новый поток на выполнение, загружая его контекст
При невытесняющем мультипрограммировании механизм планирования разделён между ОС и прикладными программами:
Прикладная программа получила управление от ОС, сама определяет момент завершения очередного цикла и передаёт управление ОС с помощью системного вызова
ОС формирует очереди потоков и выбирает в соответствии с некоторым правилом следующий поток на выполнение
В случае невытесняющего мультипрограммирования могут быть проблемы:
На некоторое время теряется управление системы
Высокие требования к разработчикам приложений
Приложения должны характеризоваться дружественностью
Невытесняющее мультипрограммирование обладает некоторым преимуществами:
Даёт возможность разработчику самому определить порядок выполнения приложений, а, следовательно, возрастает быстродействие приложений
Легче используются проблемы совместного использования данных
Более высокая скорость переключения с потока на поток
В большинстве универсальных вычислительных систем и ОС для них реализуются вытесняющие алгоритмы планирования
Алгоритмы планирования, основанные на квантовании
Алгоритмы планирования, основанные на квантовании
В основе многих вытесняющих алгоритмах планирования лежит концепция квантования. В этом случае, каждому потоку поочередно для выполнения предоставляется ограниченный непрерывный период процессорного времени – квант.
Смена активного потока происходит, если:
Исчерпан квант процессорного времени
Поток завершился и покинул систему
Произошла ошибка
Поток перешёл в состояние ждать
Рис. 1 – граф состояний потока в системе с квантованием
Рис. 1. Граф состояний потока в системе с квантованием
Кванты, выделяемые потоком, могут быть одинаковыми и различными
Одинаковые кванты:
Оптимизация поясняется рисунком 2
Рис. 2. Иллюстрация расчета времени ожидания в очереди
В этом случае, суммарное время ожидания каждым потоком пропорционально длительности кванта и количеству потоков n. Причём если квант короткий, то эта зависимость более ярко выражена. Если квант длинный, то зависимость становится менее ярко выраженной.
В случае длинных квантов, короткие потоки буду завершаться в первых циклах выполнения, и очередь потоков будет уменьшаться.
В ОС могут применяться кванты, фиксированные величины, а могут изменяться в течении жизненного цикла
Например: Если первоначальный квант достаточно большой, а с течением времени его величина уменьшается – в этом случае преимущества будут получать короткие задачи. Если наоборот, сначала кванты короткие, а потом увеличиваются – то считается, что в этом случае можно уменьшить накладные расходы на переключение потоков.
Алгоритмы, основанные на квантовании, характеризуются некоторой справедливостью по отношению к потокам интенсивно обращающимся к системе ВВ (ввода-вывода), т.к. они часто не будут до конца исчерпывать время выделяемых им квантов. Эту несправедливость устраняют алгоритмы, основанные на 2х очередях – рис. 3
Рис. 3. Квантование с предпочтением потоков, интенсивно
обращающихся к вводу-выводу
В этом случае, при выборе потока на выполнение, прежде всего, просматривается вторая очередь.