Hausübung 2. Konzepte und Methoden der Systemsoftware. Aufgabe 1: Einfache Schedulingstrategien. SoSe bis

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1 Universität Paderborn Fachgebiet Rechnernetze SoSe 2014 Konzepte und Methoden der Systemsoftware Hausübung bis Hausübungsabgabe: Format: Lösungen in schriftlicher oder gedruckter Form abgeben. Quelltext wird digital abgegeben, siehe separate Beschreibung am Ende es Übungszettels. Ort: Lösung in markiertem Kasten in D3 Flur einwerfen. Uhrzeit: Annahme der Abgaben bis Montag, , 08:00 Uhr (s.t.) Gruppen: Geben Sie Ihre Namen, Matrikelnummern und ggf. IMT- -Addressen auf der Lösung an. Maximal 4 Personen pro Lösung. Eindeutig: Geben Sie höchstens eine Lösung zu einer Aufgabe ab. Aufgabe 1: Einfache Schedulingstrategien (a) Beschreiben Sie kurz die folgenden Zielmetriken von Schedulingstrategien: (4 P) 1. Maximale Antwortzeit 2. Mittleren Antwortzeit 3. Länge des Ablaufplans 4. Durchsatz (b) In dieser Aufgabe sollen Sie Schedulingstrategien praktisch anwenden und Zielmetriken ausrechnen. Zur Vereinfachung betrachten Sie in dieser Aufgabe nur einfache Schedulingstrategien mit folgenden Eigenschaften: Keine Sollzeitpunkte (Deadlines) Zunächst ohne Verdrängung Unabhängige Jobs Jobs blockieren nicht Dynamische Jobmenge, Online-Scheduling Ein Betriebsmittel zur Abarbeitung des Jobs Jobwechselzeit von einer Zeiteinheit Folgende Tabelle beschreibt Jobs, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreffen. (28 P) Job Ankunftzeitpunkt Abarbeitungsdauer j j2 4 6 j3 6 2 j j Für jede Strategie müssen folgende Teilaufgaben erfüllt werden: 1. Tragen Sie den Job-Schedule zu dieser Strategie in ein Gantt-Diagramm ein. Hinweis: Markieren Sie deutlich, welcher Job in welchem Zeitslot ausgeführt wird. 2. Berechnen Sie die Antwortzeiten für die einzelnen Jobs, die maximale und mittlere Antwortzeiten aller Jobs. 3. Tragen Sie die Länge des Ablaufplans ein und berechnen Sie den Durchsatz. 71 P KMS SoSe 2014 Hausübung 2 1/8

2 First Come First Serve - Strategie. j1 j2 j3 j4 j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz Shortest Job Next - Strategie. j1 j2 j3 j4 j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz Round Robin - Strategie mit fixer Zeitscheibe von 5 Zeiteinheiten. j1 j2 j3 j4 j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz KMS SoSe 2014 Hausübung 2 2/8

3 Round Robin - Strategie mit fixer Zeitscheibe von 1 Zeiteinheit. j1 j2 j3 j4 j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz (c) Strategien sind darauf ausgelegt, wenigstens eine Zielmetrik zu verbessern. Ordnen Sie (6 P) den unten stehenden Zielmetriken jene einfache Strategie (nicht verdrängend, ohne Deadline- Berücksichtigung) zu, welche die Zielmetrik besser umsetzt als andere Strategien. Begründen Sie kurz Ihre Zuordnung. Zielmetriken: 1. Maximierung des Durchsatzes 2. Minimierung der Mittlere Antwortzeit (d) Die Strategie Shortest Job Next (SJN) hat eine Schwäche, welche die Highest Response (5 P) Ratio Next (HRRN) Strategie behebt. Beschreiben Sie, was bei SJN passiert und warum es im gleichen Fall bei HRRN nicht passiert. (e) Überlegen Sie, wie die Zeitscheibe von Round Robin die Zielmetriken beeinflusst. Mit (3 P) welcher Zeitscheibe würde für die obigen Jobs der Durchsatz maximiert werden? (f) Die Zeitscheiben können auch adaptiv gewählt werden: (10 P) Ein neuer Job, bekommt die Zeitscheibe t=2 zugeordnet. Ist dieser einmal gelaufen, verdoppelt sich die Zeitscheibe für seine nächste Ausführung. Es werden Jobs mit einer kleinen Zeitscheibe den Jobs mit einer Größeren bevorzugt. Zeichnen Sie den Schedule in das Gantt-Diagramm und berechnen Sie die Zielmetriken wie in Aufgabenteil b): Round Robin mit adaptiver Zeitscheibe Az. j1 Az. j2 Az. j3 Az. j4 Az. j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz KMS SoSe 2014 Hausübung 2 3/8

4 (g) Zeichnen Sie den Schedule für die Shortest Remaining Time Next(SRTN)-Strategie ein (7 P) und berechnen Sie die Zielmetriken wie in Aufgabenteil b): Shortest Remaining Time Next-Strategie Az. j1 Az. j2 Az. j3 Az. j4 Az. j5 max. Az. mittlere Az. Länge Durchsatz (h) Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse von SRTN mit den Ergebnissen von SJN. Welche Zielmetriken aus (a) haben sich verbessert und verschlechtert? Beschreiben Sie, woran das (6 P) liegt. (i) Erklären Sie kurz, welchen Vorteil Sie haben, wenn laufende Jobs verdrängt werden (2 P) können? KMS SoSe 2014 Hausübung 2 4/8

5 Aufgabe 2: Deadline Scheduling Zur Vereinfachung betrachten Sie in dieser Aufgabe folgende System-Eigenschaften: Unabhängige Jobs Jobs blockieren nicht Jobs haben Sollzeitpunkte Dynamische Jobmenge, Online-Scheduling Ein Betriebsmittel zur Abarbeitung der Jobs Jobwechselzeit von einer Zeiteinheit (a) Beschreiben Sie kurz die maximale Verspätung eines Schedules mit Sollzeitpunkten. (1 P) (b) Gegeben sind folgende Jobs: Job Ankunftzeitpunkt Abarbeitungsdauer Sollzeitpunkt Spielraum (Laxity) j j j j j i. Füllen Sie die Spalte Spielraum für jeden Job separat aus. Gehen Sie davon aus, (5 P) dass der tatsächliche Startzeitpunkt der Ankunftszeitpunkt des Jobs ist. ii. Berechnen Sie den Ablaufplan für drei Scheduling-Strategien. Errechnen Sie zusätzlich die Verspätungen der Jobs. (21 P) 47 P KMS SoSe 2014 Hausübung 2 5/8

6 Earliest Due Date-Strategie Zeitdiagram: Verspätung (V): j1 j2 j3 j4 j5 max. Verspätung Earliest Deadline First-Strategie Zeitdiagram: Verspätung (V): j1 j2 j3 j4 j5 max. V. Neue Least Laxity First-Strategie: Für den nächsten Zeitschlitz wird der Job ausgewählt, der aktuell den geringsten Spielraum hat. Jobs werden auch unterbrochen, wenn ein anderer Job einen geringeren Spielraum hat. Zeitdiagram: Verspätung (V): V. j1 V. j2 V. j3 V. j4 V. j5 max. V. KMS SoSe 2014 Hausübung 2 6/8

7 (c) Earliest Due Date(EDD) und minimale Maximale Verspätung: Die maximale Verspätung eines EDD-Schedules ist minimal für ein Betriebsmittel. Warum ist diese Aussage richtig? Idee: Versuchen Sie Jobs eines nicht EDD-Schedules S zu tauschen: Wie verändert sich L max?. Notation: J i Job i e i tatsächlicher Endzeitpunkt des Jobs i d i Sollzeitpunkt des Jobs i L i Verspätung von Job i S Schedule S L max (S) max. Verspätung von S S, L i bezieht sich auf den veränderten Schedule i. Wie berechnet sich: (1 P) 1. L i = 2. L max (S) = ii. Für ein nicht-edd-schedule gilt: J i, J j, d i < d j : J j wird vor J i abgearbeitet. (2 P) Erklären Sie kurz, warum dies gilt? iii. Nun vertauschen wir die beiden Jobs J i, J j und bekommen einen neuen Schedule S: (6 P) S J 0... J j J i... J n S J 0... J i J j... J n e j ẽ i e i d j d i = ẽ j 1. Berechnen Sie max{l i, L j } (vor der Vertauschung). Hinweis: Bedingung von J i, J j 2. Berechnen Sie L i, L j und setzen Sie es ins Verhältnis zu L i (nach der Vertauschung): iv. Setzen Sie 1. max{l i, L j } mit max{ L i, L j } 2. L max (S) mit L max ( S) ins Verhältnis. (3 P) v. Mit solchen Vertauschungen kann jeder nicht-edd-schedule in einen EDD-Schedule überführt werden, ohne die maximale Verspätung zu vergrößern. Begründen Sie dies kurz! (2 P) vi. Erklären Sie, was passiert, wenn man in einem EDD-Schedule benachbarte Jobs (6 P) J i, J j tauscht? Hinweis: Überlegen Sie mit Hilfe eines Gantt-Diagramm wie in iii). KMS SoSe 2014 Hausübung 2 7/8

8 Aufgabe 3: Scheduling 22 P (a) Online Offline Scheduling i. Erklären Sie kurz den Unterschied zwischen Online- und Offline-Scheduling. (2 P) ii. Nennen Sie einen Vorteil von Offline-Scheduling? (3 P) iii. Nennen Sie einen Vorteil von Online-Scheduling? (3 P) (b) Priorität i. Nennen Sie drei Beispiele in denen Prozess-Priorisierung Sinn machen. (3 P) ii. Unix-basierte Betriebssysteme bieten Nutzern Befehle, um die Prozess-Priorität einzustellen. (6 P) Hinweis: Auch dieses Mal werden Ihnen die Unix man pages weiterhelfen. Erklären Sie kurz den Befehl, mit dem die Priorität eines neuen Programm- Aufrufes geändert werden kann. Erklären Sie kurz den Befehl, mit dem die Priorität eines laufenden Prozesses geändert werden kann. Prioritäten werden mit Zahlen ausgedrückt: Welche Zahlen sind zulässig? Welche Zahl drückt die niedrigste Priorität aus? iii. Worin liegt der Unterschied zwischen dringende und wichtige Jobs? (5 P) KMS SoSe 2014 Hausübung 2 8/8