Bài Giảng Hệ Điều Hành-Chương 4 : LẬP LỊCH BIỂU CPU CPU pot

CHƯƠNG
CHƯƠNG
4: L
4: L
Ậ
Ậ
P L
P L
Ị
Ị
CH BI
CH BI
Ể
Ể
U CPU
U CPU
CPU
CPU
Scheduling
Scheduling
5.2
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
N
N
Ộ
Ộ
I DUNG
I DUNG

 Các khái niệmcơ sở
 Các tiêu chuẩnlậplịch biểu
 Các thuật toán lậplịch biểu
 Lậplịch biểu đa processors
 Lậplịch biểuthờigianthực (Real-Time Scheduling)
 Các ví dụ HĐH
 Đánh giá thuật toán
5.3
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
C
C
Á
Á
C KH
C KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M CƠ S
M CƠ S
Ở
Ở
 Sử dụng CPU cực đạinhận đượcbởi đachương
 Chu kỳ CPU-I/O (CPU–I/O Burst Cycle) – sự thựchiện quá trình

gồmchukỳ thựchiệnCPU vàchờ I/O
 Sự phân tán CPU burst
5.4
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
DÃY LUÂN PHIÊN C
DÃY LUÂN PHIÊN C
Á
Á
C CHU K
C CHU K
Ỳ
Ỳ
CPU V
CPU V
À
À
CHU
CHU
K
K
Ỳ
Ỳ
I/O
I/O
5.5
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7

th
Edition, Feb 2, 2005
BI
BI
Ể
Ể
U Đ
U Đ
Ồ
Ồ
TH
TH
Ờ
Ờ
I GIAN CHU K
I GIAN CHU K
Ỳ
Ỳ
CPU
CPU
5.6
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
B
B
Ộ
Ộ
Đ

Đ
Ị
Ị
NH TH
NH TH
Ờ
Ờ
I CPU
I CPU
 Chọn trong các quá trình sẵn sàng một quá trình và cấp CPU cho
nó
 Quyếtdịnh lậplịch biểuCPU xảyrakhimột quá trình :
1. Chuyểntừ trạng thái running sang trạng thái waiting
2. Chuyểntừ trạng thái running sang trạng thái ready
3. Chuyểntừ trạng thái waiting sang trạng thái ready
4. Kết thúc
 Lậplịch biểu cho 1 và 4 là không trưng dụng (nonpreemptive)
 Lậplịch biểucònlạilàtrưng dụng (preemptive)
5.7
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
B
B
Ộ
Ộ
ĐI
ĐI
Ề

Ề
U V
U V
Ậ
Ậ
N
N
 Module điềuvậnchuyển điềukhiển CPU cho quá trình đượcchọn
bởibộđịnh thờingắnhạn, bao gồm:
z Chuyểnngữ cảnh
z Chuyển sang phương thúc user
z Nhảy đếnvị trí đúng trong chương trình người dùng để bắt đầu
lạichương trình này
 Tiềm ẩn điềuvận (Dispatch latency) –thờigianbộđiềuvậnngưng
một quá trình và khởi động một quá trình khác
5.8
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
C
C
Á
Á
C TIÊU CHU
C TIÊU CHU
Ẩ
Ẩ
N L
N L

Ậ
Ậ
P L
P L
Ị
Ị
CH BI
CH BI
Ể
Ể
U
U
 Sự sử dụng CPU: Làm cho CPU bậnrộnnhư có thể
 Năng lựctruyền qua (throughput): số quá trình hoàn tấtsự
thựchiệncủa chúng trong một đơnvị thờigian
 Thời gian quay vòng (Turnaround time) – lượng thờigian
thựchiệnmột quá trình
 Thờigianchờ (Waiting time) – lượng thờigianmột quá
trình phảichờ trong hàng đợi ready
 Thờigianđáp ứng (Response time) – lượng thờigiantừ
khi mộtyêucầu được đệ trình đếnkhiđáp ứng đầutiên
đượcsinhra
5.9
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
C
C
Á

Á
C TIÊU CHU
C TIÊU CHU
Ẩ
Ẩ
N T
N T
Ố
Ố
I ƯU
I ƯU
 Max sự sử dụng CPU
 Max throughput
 Min turnaround time
 Min waiting time
 Min response time
5.10
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
First
First
-
-
Come, First
Come, First
-
-
Served (FCFS)

Served (FCFS)
Process Burst Time
P
1
24
P
2
3
P
3
3
 Giả sử các quá trình đếntheothứ tự: P
1
, P
2
, P
3
Biểu đồ Gantt cho lịch biểu:
 Waiting time: đốivới P
1
= 0; P
2
= 24; P
3
= 27
 Waiting time trung bình: (0 + 24 + 27)/3 = 17
P
1
P
2

P
3
24 27 300
5.11
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
FCFS (Cont.)
FCFS (Cont.)
Giả sử các quá trình đếntheothứ tự:
P
2
, P
3
, P
1
 Biểu đồ Gantt cho lịch biểu:
 Waiting time đốivới P
1
= 6;P
2
= 0
;
P
3
= 3
 Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3
 Tốthơn nhiềuso vớitrường hợptrước
 Hiệu ứng đoàn xe: quá trình ngắn đi sau quá trình dài

P
1
P
3
P
2
63300
5.12
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
Shortest
Shortest
-
-
Job
Job
-
-
First (SJF)
First (SJF)
 Kếthợpvớimỗi quá trình độ dài chu kỳ CPU của nó. Sử dụng các
độ dài này để lậplịch biểu quá trình vớithờigianngắnnhất
 Hai sơđồ:
z Không trưng dụng: mỗikhiCPU đượcgánchomột quá trình,
nó không bị trưng dụng đếntận khi hoàn tấtchukỳ CPU của
nó
z Trưng dụng: Nếumột quá trình mới đếncóchukỳ CPU ngắn
hơnthờigiancònlạicủa quá trình đang thựchiện, trưng dụng

CPU của quá trình đang thựchiện, cấp CPU cho quá trình mới
đến. Sơđồnày đượcbiếtdướitên:
Shortest-Remaining-Time-First (SRTF)
 SJF là tối ưuvớinghĩanóchothờigianchờ trung bình cựctiểu đối
vớitập đã cho các quá trình
5.13
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
Process Arrival Time Burst Time
P
1
0.0 7
P
2
2.0 4
P
3
4.0 1
P
4
5.0 4
 SJF không trưng dụng
 Thờigianchờ trung bình = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
V
V
Í
Í
D

D
Ụ
Ụ
SJF KHÔNG TRƯNG D
SJF KHÔNG TRƯNG D
Ụ
Ụ
NG
NG
P
1
P
3
P
2
73160
P
4
8 12
5.14
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
V
V
Í
Í
D
D

Ụ
Ụ
SJF TRƯNG D
SJF TRƯNG D
Ụ
Ụ
NG
NG
Process Arrival Time Burst Time
P
1
0.0 7
P
2
2.0 4
P
3
4.0 1
P
4
5.0 4
 SJF trưng dụng
 Thờigianchờ trung bình = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
P
1
P
3
P
2
42

11
0
P
4
5 7
P
2
P
1
16
5.15
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
X
X
Á
Á
C Đ
C Đ
Ị
Ị
NH Đ
NH Đ
Ộ
Ộ
D
D
À

À
I CHU K
I CHU K
Ỳ
Ỳ
CPU K
CPU K
Ế
Ế
TI
TI
Ế
Ế
P
P
 Chỉ có thểướclượng độ dài
 Sử dụng độ dài cùa các chu kỳ CPU trước đó, ướclượng độ dài
chu kỳ CPU kế tiếptheotrungbìnhmũ:
-t
n
= độ dài chu kỳ CPU thứ n
- τ
n
= độ dài ướclượng chu kỳ CPU thứ n
- α: 0 ≤α≤ 1
- độ dài ướclượng chu kỳ CPU thứ n+1 đượcxácđịnh:
(
)
.1
1 nnn

t
τ
α
α
τ
−
+
=
+
5.16
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
TIÊN ĐO
TIÊN ĐO
Á
Á
N Đ
N Đ
Ộ
Ộ
D
D
À
À
I CHU K
I CHU K
Ỳ
Ỳ

CPU K
CPU K
Ế
Ế
TI
TI
Ế
Ế
P
P
5.17
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
V
V
Í
Í
D
D
Ụ
Ụ
TRUNG BÌNH M
TRUNG BÌNH M
Ũ
Ũ
 α =0
z τ
n+1

= τ
n
z Lịch sử gần không được tính đến
 α =1
z τ
n+1
= t
n
z Chỉ chu kỳ CPU hiệntại được tính đến
 Triển khai công thức, ta được:
τ
n+1
= α t
n
+(1 - α)α t
n -1
+ …
+(1 - α )
j
α t
n -j
+ …
+(1 - α )
n +1
τ
0
5.18
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th

Edition, Feb 2, 2005
L
L
Ậ
Ậ
P L
P L
Ị
Ị
CH BI
CH BI
Ể
Ể
U ƯU TIÊN
U ƯU TIÊN
 Mỗi quá trình đượcgánchomộtsốưutiên(mộtsố nguyên)
 CPU đượccấpchoquátrìnhvới độ ưutiêncaonhất (thông
thường sốưutiênnhỏ = độ ưutiêncao)
z Trưng dụng
z Không trưng dụng
 SJF là lậplịch biểu ưu tiên trong đóquátrìnhcóchukỳ CPU tiên
đoán ngắnnhấtcóđộ ưutiêncaonhất
 Vấn đề: Sự chết đói – quá trình có độ ưutiênthấpnhấtcóthể
không bao giờđượcthựchiện
 Giải pháp: tăng độ ưu tiên cho quá trình theo thờigian
5.19
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005

Round Robin (RR)
Round Robin (RR)
 Mỗi quá trình nhận đượcmột đơnvị thờigian(nhỏ) - time
quantum , thông thường 10-100 milliseconds. Sau khoảng thời
gian này, quá trình bị lấylạiCPU vàđược đưavàocuốihàng
đợisẵn sàng.
 Nếu có n quá trình trong hàng đợisẵn sàng, time quantum là q,
khi đóthờigianchờ củamỗi quá trình không quá (n-1)q.
 Hiệunăng
z q lớn ⇒ FIFO
z q nhỏ ⇒ tổng phí chuyểnngữ cảnh cao ⇒ q phải đủ lớn
5.20
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
V
V
Í
Í
D
D
Ụ
Ụ
RR
RR
v
v
ớ
ớ

i
i
Time Quantum = 20
Time Quantum = 20
Process Burst Time
P
1
53
P
2
17
P
3
68
P
4
24
 Biểu đồ Gantt:
 Thông thường, So vớiSJF, thời gian quay vòng trung bình của RR
cao hơn, nhưng thờigianđáp ứng trung bình của RR tốthơn
P
1
P
2
P
3
P
4
P
1

P
3
P
4
P
1
P
3
P
3
0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162
5.21
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
TIME QUANTUM V
TIME QUANTUM V
À
À
TH
TH
Ờ
Ờ
I GIAN CHUY
I GIAN CHUY
Ể
Ể
N
N

NG
NG
Ữ
Ữ
C
C
Ả
Ả
NH
NH
5.22
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
TH
TH
Ờ
Ờ
I GIAN QUAY VÒNG V
I GIAN QUAY VÒNG V
Ớ
Ớ
I TIME QUANTUM
I TIME QUANTUM
5.23
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005

H
H
À
À
NG Đ
NG Đ
Ợ
Ợ
I ĐA M
I ĐA M
Ứ
Ứ
C
C
 Hàng đợisẵn sàng đượcphânhoạch thành một các hàng đợi:
foreground (interactive)
background (batch)
 Mỗihàngđợicóthuật toán lậplịch biểuriêngcủanó
z foreground – RR
z background – FCFS
 Lậplịch biểu được làm giữa các hàng đợi
z Lậplịch biểu ưutiêncốđịnh (phụcvụ tấtcả quá trình trong
foreground sau đómới đến các quá trình trong background).
Có thể gây nên chết đói.
z Lát thời gian: mỗihàngđợinhậnmộtlượng thờigianCPU nhất
định để lậplịch biểu cho các quá trình củanó(vídụ 80% thời
gian cho hàng đợi foreground với RR, 20% cho background với
FCFS)
5.24
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005

Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
L
L
Ậ
Ậ
P L
P L
Ị
Ị
CH BI
CH BI
Ể
Ể
U H
U H
À
À
NG Đ
NG Đ
Ợ
Ợ
I ĐA M
I ĐA M
Ứ
Ứ
C
C
5.25

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Feb 2, 2005
H
H
À
À
NG Đ
NG Đ
Ợ
Ợ
I PH
I PH
Ả
Ả
N H
N H
Ồ
Ồ
I ĐA M
I ĐA M
Ứ
Ứ
C
C
 Mỗi quá trình có thể di chuyểngiữa các hàng đợi
 Bộ lậplịch biểu hàng đợiphảnhồi đamức đượcxácđịnh bởicác
tham số sau:
z Số hàng đợi

z Các thuật toán lậplịch biểuchomỗi hàng đợi
z Phương pháp xác định khi nào nâng cấp quá trình
z Phương pháp xác định khi nào hạ cấp quá trình
z Phương pháp xác định hàng đợimột quá trình sẽ được đặtvào
khi quá trình cầnsự phụcvụ