TI Übung 5. Prozess-Scheduling. Andreas I. Schmied SS2005. Abteilung Verteilte Systeme Universität Ulm

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1 TI Übung 5 Prozess-Scheduling Andreas I. Schmied Abteilung Verteilte Systeme Universität Ulm SS2005

2 Und nun... Wiederholung 1 Wiederholung Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

3 Wiederholung Wiederholung Prozesse Prozess Adressraum E/A- und BS-Resourcen Aktivitätsträger Zustände (modellhaft) erzeugt: geht hier direkt über nach bereit bereit: wartet auf Prozessorzuteilung : durch E/A, Koordinierung terminiert: stabiler Endzustand Zustandsübergänge erzeugt bereit terminiert bereit bereit Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

4 Wiederholung Wiederholung Scheduling (1) Ziele des Scheduling (verdrängend, kooperativ) CPU-Auslastung möglichst 100 Prozent Durchsatz Veweilzeit Wartezeit hohe Anzahl bearbeiteter Prozesse pro Zeit möglichst geringe Dauer des Prozesses im System möglichst geringe Dauer des Prozesses im Zustand bereit Antwortzeit möglichst kurze Reaktionszeit des Prozesses bei Interaktion Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

5 Wiederholung Wiederholung Scheduling (2) Strategien FCFS: wer zuerst kommt..., nicht-verdrängend, Warteschlange, Deblockierung an WS-Ende SJF: Varianten verdrängend (PSJF)/n.v., Prozess mit (vorhergesagt) kürzester nächster Rechen phase RR: verdrängend (spätestens) nach Ablauf des Zeitquants HPF: (statische) Priorisierung MLFB: Scheduling-Klassen mit jeweils eigener Scheduling-Strategie, Scheduling zwischen den Klassen, Klassenwechsel z.b. durch Aging Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

6 Wiederholung Wiederholung Scheduling (3) Probleme bei Prioritätsbasierten Algorithmen Prioritätsumkehr (Priority Inversion) hochpriorer Prozess P1 wartet auf niederprioren P3, der durch mittelprioren P2 verdrängt ist. Lösung: zeitlich begrenzte Anhebung der Priorität von P3 (über P2) Aushungerung (Starvation) niederpriore kommen nie zum Zug Lösung: Anhebung der Priorität relativ zur Wartezeit (Alterung, Aging) Probleme bei Zeitscheiben kurze Zeitscheiben + hohe Nebenläufigkeit - hoher Resourcenverbrauch (Kontextwechsel teuer!) lange Zeitscheiben + effektive CPU-Nutzung - verkommt zu FCFS Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

7 Wiederholung Wiederholung Scheduling (4) Mechanismen der Hardware Interrupts, Timer (Hardware-Uhr) Scheduling-Zeitpunkte zwingend bei und beendet optional z.b. für verdrängendes Scheduling: bereit : z.b. nach Zeitquant bereit : z.b. möglich bei E/A-Interrupt sind zu einem Zeitpunkt mehrere Prozesse zur CPU-Zuteilung möglich, muss sich der Scheduler entscheiden (abh. v. Impl.) Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

8 Und nun... Klausurfragen 2 Klausurfragen Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

9 Klausurfragen (1) Klausurfragen Wie wird auf einem Monoprozessor zwischen zwei Prozessen umgeschaltet? Register sichern neuen Prozess auswählen Speicherverwaltung initialisieren Register für nächsten Prozess wiederherstellen Programmzähler restaurieren Wann kann verdrängend zwischen Prozessen umgeschaltet werden? Systemaufrufe, z.b. Synchrone E/A Aufruf von BS-Funktionen Terminieren eines Programms Unterbrechungen Zeitscheibe beendet E/A-Interrupt bevorzugter Prozess laufbereit Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

10 Klausurfragen (2) Klausurfragen Was ist der Unterschied zwischen einer verdrängenden und einer nicht-verdrängenden Scheduling-Strategie? nicht-verdrängende: kooperativ programmgesteuert nicht transparent evtl. unfair Effekt: eingefrorene Systeme verdrängende: periodisch BS-gesteuert Nennen und erläutern Sie einige Eigenschaften eines Prozesssystems, die als Optimierungsziel für eine Scheduling-Strategie dienen können. s.o. Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

11 Klausurfragen (3) Klausurfragen Bewertung von Scheduling-Strategien ändern sich Optimierungsziele? bei geringer/hoher Prozessanzahl? bei starkem E/A-Aufkommen? bei langen/häufigen Warteperioden? wird Chancengleichheit/Fairness verändert? weitere siehe Fragenkatalog TI1-SS04 Übung 3! Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

12 Und nun... Diagramme 3 Diagramme Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

13 Diagramme Diagramme Diagrammtyp inkl. häufiger Fehler! mehrere gleichzeitig aktive Prozesse bereit mit verwechselt Beispiel A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

14 Diagramme Diagramme Beliebte Fehler Prozesslinie erscheint bevor Prozess bereit wird zwei Prozesse sind gleichzeitig aktiv (Monoprozessor!) verdrängende priorisierende Strategie oder nicht-verdrängende? Zeitscheibe folgt harter Taktung! Bsp.: Prozess endet bei 1,5s, Zeitscheibenlänge ist 1s Richtig: Scheduling setzt bei 1,5s neue Zeitscheibe mit 1s an Falsch: Scheduler wartet bis Zeitscheibe bei 2s abläuft Prioritäten: je nach Aufgabe Zeitscheibe ausnutzen Bsp.: niederpriorer Prozess A läuft noch während Prozess B bereit wird Prozess A läuft bis Zeitscheibenende weiter Aufgabenstellung genau lesen! Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

15 Diagramme Diagramme Konstruktionshilfe aktuelle Warteschlange pro Takt mitführen ggf. Restzeit vermerken Beispiel RR: A (0) 1 [1,5] 1,5 - B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 - C (1) 2 Zeitscheibenlänge: 1s A1 B1,5 A0,5 C2 B1,5 [A1,5] C2 C1,5 B0,5 A1,5 A1 C1 B0,5 B0,5 A1,5 C1 C1 B0,5 [A0,5] A1,5 C1 [B0,5] B0,5 A0,5 B0,5 A0,5 A0,5 A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

16 Und nun... Beispiele 4 Beispiele Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

17 Beispiele Beispiele 1: Vier verschiedene Strategien (1) Aufgabe: Planen Sie die folgenden Prozessabläufe mit den Strategien FCFS, PSJF, RR und HPF Prozess A (0) 1 [1,5] 1,5 Prozess A (startet bei 0s)... arbeitet 1s [ 1,5s] arbeitet für 1,5s... und terminiert Prozess B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 Prozess C (1) 2 Zeitscheibenlänge sei 1s Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

18 Beispiele Beispiele 1: Vier verschiedene Strategien (2) FCFS FCFS: A (0) 1 [1,5] 1,5 - B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 - C (1) 2 A bereit B bereit C bereit A: AB BC[A] CA[B] CAB AB B 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

19 Beispiele Beispiele 1: Vier verschiedene Strategien (3) PSJF PSJF: A (0) 1 [1,5] 1,5 - B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 - C (1) 2 A1 B1,5 A0,5 C2 B1,5 [A1,5] A1,5 C2 [B0,5] B0,5 C2 A1 A1 C2 C2 A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

20 Beispiele Beispiele 1: Vier verschiedene Strategien (4) RR RR: A (0) 1 [1,5] 1,5 - B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 - C (1) 2 Zeitscheibenlänge: 1s A1 B1,5 A0,5 C2 B1,5 [A1,5] C2 C1,5 B0,5 A1,5 A1 C1 B0,5 B0,5 A1,5 C1 C1 B0,5 [A0,5] A1,5 C1 [B0,5] B0,5 A0,5 B0,5 A0,5 A0,5 A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

21 Beispiele Beispiele 1: Vier verschiedene Strategien (5) HPF HPF: A (0) 1 [1,5] 1,5 - B (0,5) 1,5 [0,5] 0,5 - C (1) 2 A bereit B bereit C bereit A1 C2 B1,5 A0,5 A0,5 B1 B1 A0,5 Prioritäten: A<B<C A0,5 B0,5 [B0,5][A1,5] A1,5 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

22 Beispiele Beispiele 2: RR vs. HPF (1) Aufgabe: Planen Sie folgende Prozesse mit RR und HPF Prozess A (0) 2 Prozess B (0,5) 2 Prozess C (1,5) 0,5 [0,5] 1 Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

23 Beispiele Beispiele 2: RR vs. HPF (2) RR RR: A (0) 2 - B (0,5) 2 - C (1,5) 0,5 [0,5] 1 Zeitscheibenlänge: 1s A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

24 Beispiele Beispiele 2: RR vs. HPF (3) HPF HPF: A (0) 2 - B (0,5) 2 - C (1,5) 0,5 [0,5] 1 Priorität: C > B > A A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

25 Beispiele Beispiele 3: RR vs. Malwine (1) Aufgabe: Malwine ist Ihre neue Scheduling-Strategie: Prozess, der am längsten nicht mehr war, wird gewählt Scheduling nach spätestens 1s oder bei Blockierung Zeitscheibenlänge: 1s Prozess A (0) 1 [1,5] 0,5 Prozess B (1,5) 1 [0,5] 0,5 Prozess C (0,5) 2 Aufgabe: Vergleichen Sie Malwine mit klassischem Round-Robin Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

26 Beispiele Beispiele 3: RR vs. Malwine (2) RR RR: A (0) 1 [1,5] 0,5 - B (1,5) 1 [0,5] 0,5 - C (0,5) 2 A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

27 Beispiele Beispiele 3: RR vs. Malwine (3) Malwine Malwine: A (0) 1 [1,5] 0,5 - B (1,5) 1 [0,5] 0,5 - C (0,5) 2 A bereit B bereit C bereit 0 0, Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

28 Beispiele Beispiele 3: RR vs. Malwine (4) Vergleich RR Malwine: oft und insb. lang wartende Prozesse werden bevorzugt nur rechnende Prozesse werden (da mit geringerer Wartezeit) ausgebremst v.a. bei großer Prozessanzahl bemerkbar Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

29 Beispiele Beispiele 4: statisches, prioritätenbasiertes RR (1) Aufgabe: RR mit unterschiedlichen Zeitscheibenlängen Zeitscheibenlänge proportional zur statischen Priorität des Prozesses Priorität x = Zeitscheibenlänge x Sekunden Prozess A (0) 2 [1] 1 mit Priorität 3 Prozess B (1) 3 [2] 2 mit Priorität 2 Prozess C (2) 2 mit Priorität 1 Aufgabe: Vergleichen Sie diese Strategie mit HPF (verdrängend mit statischen Prioritäten); geben Sie Vor- und Nachteile an! Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

30 Beispiele Beispiele 4: statisches, prioritätenbasiertes RR (2) statisches, prioritätsbasiertes RR Statisches, prioritätenbasiertes RR: A (0) 2 [1] 1 - B (1) 3 [2] 2 - C (2) 2 A bereit B bereit C bereit Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31

31 Beispiele Beispiele 4: statisches, prioritätenbasiertes RR (3) Vergleich mit HPF: + geringer Scheduling-Overhead hochpriorer Prozesse gute CPU-Auslastung, kurze Verweilzeit + niederpriore Prozesse haben besser Chance dranzukommen - bei vielen hochprioren Prozessen lange Verweil-/Warte-/Antwortzeiten - bei vielen gleich priorisierten analog zu RR - lange Zeitscheibe irrelevant bei häufiger Blockierung dann lange Zeitscheiben anderer hochpriorer eher hinderlich für Reaktivierung Andreas I. Schmied TI Übung 5 SS / 31