Chương 3 lập lịch cho CPU

Chương III
LẬP LỊCH CHO CPU


Mục tiêu
• Giúp sinh viên nắm được tầm quan trọng
của “giờ CPU”, các phương pháp, các
thuật toán lập lịch ccho CPU của hệ điều
hành nhằm đáp ứng yêu cầu phục vụ của
các tiến trình.
• Biết được công cụ để CPU có thể điều
khiển hoạt động của các tiến trình một
cách chính xác.


Nội dung
• Các khái niệm về giờ CPU.
• Các thuật toán lập lịch cho CPU.
• Khái niệm về ngắt và phương pháp xử lý
ngắt của hệ điều hành.


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
I.1. Khái niệm giờ CPU
Thời gian mà CPU phục vụ cho tiến trình
gọi là giờ CPU.
Mỗi thời điểm nhất định, chỉ có một tiến
trình được phân phối giờ CPU để hoạt
động.

I.2. Khái niệm lập lịch cho CPU
• Hệ thống thường tổ chức các từ trạng thái
để ghi nhận tình trạng sử dụng tài nguyên
và trạng thái tiến trình. Các từ trạng thái
được tổ chức như sau:


I.2. Khái niệm lập lịch cho CPU
• Lập lịch cho CPU là tổ chức một hàng đợi
các tiến trình sẵn sàng để phân phối giờ
CPU cho chúng dựa trên độ ưu tiên của
các tiến trình sao cho hiệu suất sử dụng
CPU là tối ưu nhất.
• Mỗi tiến trình ở trạng thái sẵn sàng được
gắn một thứ tự ưu tiên dựa vào các yếu tố
sau: Thời điểm hình thành tiến trình, thời
gian thực hiện tiến trình, thời gian kết thúc
tiến trình.


I.3. Các phương pháp lập lịch và
yếu tố đánh giá
• Các phương pháp lập lịch thường được
áp dụng là:
– Long-term Scheduler: Áp dụng với những tiến
trình đã được lập danh sách và Spool.
– Short-term Scheduler: Áp dụng với nhứng tiến
trình mà mã nguồn của nó đã được đẩy vào
bộ nhớ trong.

I.3. Các phương pháp lập lịch và
yếu tố đánh giá
• Các yếu tố để đánh giá các PP lập lịch:
– Sự công bằng CPU: Dù đến sớm hay muộn,
tiến trình đều phải được phân phối giờ CPU.
– Tận dựng giờ CPU: TG vô ích càng ít càng tốt
– Tổng TG thực hiện tiến trình:
– Thời gian tiến trình chờ được xử lý:
– Thời gian đáp ứng: Tính từ khi có yêu cầu giờ
CPU đến khi được đáp ứng.


II. Các Thuật toán lập lịch
II.1. First Come First Served (FCFS)
• Mọi tiến trình được phục vụ theo trình tự xuất hiện
cho đến khí nó kết thúc hoặc bị ngắt.
• Ưu điểm: Giờ CPU không bị phân phối lại, chi phí
tổ chức thực hiện thấp.
• Nhược điểm: Thời gian trung bình chờ phục vụ
của các tiến trình là như nhau. Do đó: Thời gian
trung bình sẽ tăng vô hạn, độ phát tán thời gian
thực hiện tiến trình tăng thì TG chờ trung bình
tăng, khi có tiến trình dài tiến trình khác phải chờ
lâu hơn.


Ví dụ

Thời gian trung bình phải chờ là 51/3=17

II.2. Shortest Job First (SJF)
• Tiến trình nào tổng thời gian thực hiện
ngắn hơn sẽ được phụ vụ trước.

TG chờ trung
bình là 9/3=3


II.2. Shortest Job First (SJF)
• Ưu điểm: TG chờ TB ngắn, nhanh chóng
loại bỏ các tiến trình ngắn-> số lượng tiến
trình trong hàng đợi ít.
• Nhược điểm: Phải thực hiện phân phối lại
giờ CPU khi có một tiến trình mới xuất
hiện ngắn hơn tiến trình dang thực hiện.


II.3. Shortest Remain Time (SRT)
• Dựa vào thời gian để thực hiện nốt tiến
trình, TG này=Tổng thời gian thực hiện
tiến trình – TG đã thực hiện. TG thực hiện
nốt tiến trình ngắn nhất sẽ dược phục vụ
trước.
• Do vậy phải thường xuyên cập nhập thời
gian thực hiện tiến trình và phân bổ lại giờ
CPU.

II.4. Round Robin (RR)
• Mỗi tiến trình được phân bố một lượng thời gian
thực hiện (time quantum). Sau khoảng thời gian
đó, nếu tiến trình chưa kết thúc thì nó được
chuyển về cuối hàng đợi.
• Hàng đợi của các tiến trình được tổ chức theo
vòng tròn và các tiến trình luôn đảm bảo được
phục vụ. Nếu tiến trình mới được hình thành, nó
được đưa vào hàng đợi ở vị trí được phục vụ
ngay. Các tiến trình đều có đồ ưu tiên như nhau.


II.4. Round Robin (RR)
• Ưu điểm: Cho phép hệ thống ưu tiên
những tiến trình ngắn nhưng không gây
tổn hại cho các tiến trình dài.
• Nhược điểm: Thường xuyên phải phân
phối lại giờ CPU, do vậy thời gian chờ
trung bình lớn.


Ví dụ

TG chờ
TB=17/3=5,66


II.5. Multi Level Queue (MLQ)
• Dựa vào thông tin do người sử dụng cung
cấp và kết quả phân tích của hệ thống để

phân chia độ ưu tiên cho các tiến trình.


II.5. Multi Level Queue (MLQ)
• Trên thực tế, cách tổ chức 2 hàng đợi
được sử dụng phổ biến:
– Một cho các tiến trình trao đổi vào ra nhiều
– Một cho các tiến trình thực hiện tính toán
nhiều.

• Các tiến trình ở hàng đợi thứ nhất được
ưu tiên cao hơn vì phải chờ kết quả I/O
nêu không sử dụng hết hiệu suất giờ
CPU.


II.6. Multi Level Feedback
Queues(MLFQ)
• Hệ thống tổ chức nhiều hàng đợi. Mỗi
hàng có độ ưu tiên và cách thức tổ chức
thực hiện khác nhau. Các TT có thể
chuyển đổi từ hàng đợi này sang hàng
khác.


II.6. Multi Level Feedback
Queues(MLFQ)
• Các yếu tố cần chú ý:
– Số lượng hàng đợi sao cho hợp lý.
– Chọn thuật toán thích hợp cho mỗi hàng đợi.

– Tiêu chuẩn và cách thức hạ mức một tiến
trình.
– Tiêu chuẩn và cách thức nâng mức một tiến
trình.
– Tiêu chuẩn và cách thức chỉ định một tiến
trình mới phát sinh vào hàng đợi nào.


III. Ngắt