Planificación de Monoprocesadores

1. Planificación de Monoprocesadores Arquitectura y Organización de Sistemas de Computación Por Johana Pirela UdeC Adaptación: Dr. Joseabel Cegarra.

2. Temas • Introducción • Conceptos básicos • Tipos de Planificación • Funciones de Planificación • Largo Plazo • Mediano Plazo • Corto Plazo • Planificación Expropiativa • Algoritmos de Planificación • Criterios • Algunos Algoritmos • Evaluación de Algoritmos • Modelos • Conclusiones y Comentarios

3. 1. Introducción • Objetivo • Reconocer la importancia de manejar técnicas de planificación de trabajos en la CPU • Objetivos específicos • Diferenciar técnicas de planificación para Mono-procesadores • Estudiar algunos métodos de evaluación y/o criterios de evaluación La Planificación es la base de los sistemas multiprogramados.

4. 2. Conceptos básicos • Planificar para... • Tener un proceso en ejecución en todo momento • Ocupar el tiempo en el cual la CPU se encuentra ociosa • Cuando un proceso espera por algún evento, el SO le “quitará” y se la entregará a otro proceso. • Planificador de CPU • Una vez que se “quita” la CPU a un proceso que espera E/S, se debe escoger entre los procesos que esperan en la cola de procesos listos. • Se supondrá que los procesos listos están en fila, además, los registros de las colas son generalmente los PCB de los procesos.

5. Conceptos básicos (cont.) • La ejecución de un proceso consiste en un ciclo de ejecución en la CPU y espera por E/S • Programa limitado por ráfaga de E/S: ráfagas CPU cortas • Programa limitado por ráfaga CPU: ráfagas de CPU largas

6. 3. Tipos de Planificación • Funciones de planificación • Mejorar tiempo de respuesta • Mejorar la productividad • Aumentar la eficiencia del procesador • Existen tres tipos de planificadores, cada uno de ellos participa en diferentes momentos de ejecución de los procesos. • Planificador Largo Plazo • Controla grado de multiprogramación, determinando qué programas son admitidos en el sistema. Esta decisión se puede tomar cada vez que finaliza un proceso • Decide qué trabajos son aceptados y convertidos en procesos. Para esto se utilizan diferentes algoritmos.

7. Tipos de Planificación(cont.) • Planificador Mediano Plazo • Es parte de la función de intercambio • Decide cuándo y qué proceso mover del estado suspendido al estado activo. • Planificador Corto Plazo: Despachador • Módulo que cede el control de la CPU al proceso seleccionado en ese momento. • Alta frecuencia • Realiza entre otras las siguientes funciones: • Cambio de contexto • Cambio a modo de usuario

8. Tipos de Planificación (cont.) Planificación y transiciones de estado de los procesos

9. Tipos de Planificación(cont.) • Planificación Expropiativa y No Expropiativa • Las decisiones de planificación se toman cuando un proceso: • Pasa del Running a Waiting (bloqueado) (*) • Pasa de Running a Ready (interrupción) • Pasa de Waiting a Ready • Termina (*) • (*) no hay opción, se debe escoger un nuevo proceso de la cola de procesos listos, en este caso, se habla de PLANIFICACIÓN NO EXPROPIATIVA. • En los otros casos, el proceso no entrega la CPU voluntariamente, se habla en este caso de PLANIFICACIÓN EXPROPIATIVA

10. 4. Algoritmos de Planificación • Criterios de Planificación

11. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación por Orden de llegada (FCFS) • Política de cola FIFO • Tiempo de espera dependiente del orden de llegada de los procesos y de las ráfagas de CPU de cada uno • Efecto Convoy • No expropiativo

12. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación Primero el Trabajo más Corto (SJF) • Asocia a cada proceso la longitud de la siguiente ráfaga de CPU • Cuando la CPU queda libre se asigna el proceso con la ráfaga más corta • En caso de empate se usa el FCFS • Es óptimo, ya que entrega el tiempo promedio mínimo • Se utiliza en planificación a largo plazo, pues, en este caso es posible estimar la duración de la siguiente ráfaga

13. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación Primero el Trabajo más Corto, Expropiativo (SRTF) • Variación del algoritmo SJF • Produce tiempos de retorno mejor que los del SJF, pues los trabajos cortos tienen atención inmediata y preferente a la de los procesos largos

14. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación por Prioridad • SJF es un caso especial de este algoritmo • A cada proceso se asigna una prioridad, y se ejecutan los procesos con más alta prioridad, en caso de empate se usa FCFS • Puede ser expropiativa o no expropiativa • Problema: Bloqueos Indefinidos o Inanición (procesos de baja prioridad)

15. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación por Turno Circular (Round Robin) • Diseñado para sistemas de Tiempo Compartido • FCFS con expropiación • Se define un quantum, durante el cual cada sistema proceso tiene la CPU • El desempeño depende de la duración del quantum, si es muy pequeño, la cantidad de conmutaciones será muy grande

16. Algoritmos de Planificación (cont) • Planificación con colas de múltiples niveles • Se clasifican los procesos en las siguientes colas: • Ejecutados en primer plano (interactivos) • Ejecutados en segundo plano (por lotes) • Cada una de las colas puede tener su propio algoritmo de planificación, además, debe existir un algoritmo de planificación entre colas: Planificación Expropiativa con Prioridades Fijas

17. Algoritmos de Planificación (cont) • Realimentación • Algoritmo anterior, con la posibilidad de mover los procesos entre las colas • Puede ser implementado en cualquier sistemas, pero es muy complejo • La idea: separa procesos con diferentes características de acuerdo a sus ráfagas. (Interactivos – Limitados por E/S – Limitados por CPU). Si un proceso pasa mucho tiempo en una cola de baja prioridad, puede ser reasignado a otra de mayor prioridad

18. 5. Evaluación de Algoritmos • Algunas medidas: • Maximizar uso CPU • Maximizar rendimiento • Modelo Determinista • Método de evaluación analítica • Evalúa el desempeño de un algoritmo para una carga dada • Es sencillo, rápido y exacto, pero requiere como entradas números exactos, por lo mismo, es aplicable a casos muy particulares • Modelo de Colas • Determinar distribución de las ráfagas de CPU y E/S distribución de tiempos de llegada, luego calcular promedio, uso, etc. • Se realiza análisis de redes de colas

19. Evaluación de Algoritmos (cont.) • Simulaciones • Simulador tiene una variable reloj, la cual, al incrementarse produce una modificación del estado del sistema. • Se recopilan e imprimen datos estadísticos que indican el desempeño del algoritmo • Datos son generados en forma aleatoria, o también realizando seguimientos a sistemas reales, definiendo así, la distribución verdadera. Para que los resultados sean más exactos se usan Cintas de Rastreo del sistema real. La implementación de métodos de análisis no es fácil. Por esta razón se aconseja el uso de algoritmos de planificación flexibles. Son pocos los SO que tienen este tipo de planificación.

20. Conclusiones y Comentarios • Se debe conocer muy bien el sistema y las funciones que realizará, para elegir un tipo de planificación adecuado. • Los diferentes algoritmos de planificación no son excluyentes (planificación de colas multi-nivel), por lo mismo, es conveniente escoger una combinación adecuada. • Los métodos de evaluación de los algoritmos no son totalmente representativos. Pero sí, ayudan a tener una idea general del rendimiento de un sistema en particular. • La planificación no sólo minimizará índices, a veces se requerirá maximizar el uso de algunos recursos.

21. Gracias.