Konzepte und Methoden der Systemsoftware. Aufgabe 1: Multi-Feedback-Scheduling. SoSe bis P

Transkript

1 SoSe 2013 Konzepte und Methoden der Systemsoftware Universität Paderborn Fachgebiet Rechnernetze Präsenzübung bis Aufgabe 1: Multi-Feedback-Scheduling 0 P 1. Beschreiben Sie kurz die Funktionsweise eines so genannten Multilevel Feedback Scheduling (MFS) Verfahren und gehen Sie dabei auf die Begriffe Multilevel und Feedback ein. Welche Besonderheit gilt hier für die Länge der Zeitscheibe, die den Prozessen zur Verfügung steht? Multilevel: Unterteile die Warteschlange der bereiten Prozesse in mehrere Teilwarteschlangen wobei jede Teilwarteschlange Ihren eigenen Scheduling Algorithmus (die aber nicht notwendigerweise unterschiedlich sein müssen) hat, um die Prozesse in dieser Warteschlange anzuordnen. Feedback: Berücksichtigung der Wartegeschichte in der Scheduling Entscheidung, also z.b. Einteilung der Prozesse in die Teilwarteschlangen je nach Wartezeit oder auch Grund warum die Prozesse warten. Zeitscheibe: Prozesse der niedrigsten Priorität bekommen die grösste Zeitscheibe (selten und lang) und Prozesse der höchsten Priorität die kleinste Zeitscheibe (oft und kurz). Dazwischen fällt die Zeitscheibenlänge mit steigender Priorität. 2. Ein Betriebssystem verwendet ein MFS Verfahren, bei dem die Liste der Prozesse, die sich im Zustand bereit befinden, in 4 Warteschlangen aufgeteilt ist. Jede dieser 4 Warteschlangen besitzt eine eindeutige Priorität zwischen 0 und 3, wobei 0 die höchste Priorität darstellt. Ordnen Sie die folgenden 4 Prozessklassen genau einer der 4 Prioritäten zu und geben Sie zu jeder Klasse ein Beispiel für einen Prozess an. Begründen Sie Ihre Zuteilung kurz. Die Prozessklassen sind: Interaktive Prozesse Rechenintensive Prozesse System Prozesse Anwendungsprozesse (Prozesse, die keiner der 3 anderen Klassen eindeutig zugeordnet werden können) Prio 0: Systemprozesse Systemprozesse sollten immer als erstes abgearbeitet werde, also oberste Priorität haben, führt man sie zu spät aus, dann kann darunter die gesamt Performance des Systems leiden. Man stellt also so sicher, dass die Wartezeit der System Prozesse gering ist. Beispiele: Betriebssystemkern, Dienstprozesse (Druckerspooler,...),... Prio 1: Interaktive Prozesse Bei Interaktiven Prozessen erwartet man ein schnelles Antwortverhalten seitens Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 1/6

2 des Prozesses, deswegen sollten diese direkt nach den Systemprozessen ausgeführt werden. Die Antwortzeit wird somit möglichst gering gehalten. Beispiele: Multimediaanwendungen (reines Anzeigen von z.b. unkomprimierten Videodaten), Echtzeit Videokonferenz Anwendung,... Prio 2: Anwendungsprozesse Allgemeine Prozesse können sowohl Interaktive, als auch Rechenintensive Prozesse sein, je nach Anwendung. Deswegen ordnet man sie zwischen Interaktiven und Rechenintensiven Prozessen ein. Während ihrer Lebensdauer sorgt der Feedback Mechanismus dann dafür, dass sie je nach Typ in die zu ihm passende Warteschlange nach oben bzw. nach unten wandert. Beispiele: Prozesse, die nicht eindeutigt der Klasse der interaktiven oder rechenintensiven Prozesse zugeordnet werden können (Tabellenkalkulation, Spiele,...), Multimediaanwendungen (Rechenintensivere Varianten mit z.b. komprimierten Multimediadaten). Prio 3: Rechenintensive Prozesse Rechenintensive Prozesse benötigen viel Zeit für ihre Berechnungen und wenig Zeit für die Interaktion mit dem Nutzer. Deshalb ordnet man sie in der Klasse mit der niedrigsten Priorität und der längsten Zeitscheibe ein. Auf diese Weise werden rechenintensive Prozesse zwar seltener der CPU zugewiesen, aber wenn sie zugewiesen werden haben sie eine lange Zeitscheibe, die sie zum Abarbeiten ihrer Anweisungen verwenden können. Beispiele: Prozesse die wenig Interaktion erfordern aber viel Rechenzeit brauchen (Komprimierungsanwendungen, Verschlüsselungsanwendungen, Grundsätzlich alle Programme die grosse Datenmengen analysieren oder modifizieren,...) 3. Nehmen Sie die in der Vorlesung vorgestellte vereinfachte Unixvariante eines Multilevel Feedback Schedulers an. Welche Probleme können sich insbesondere für Prozesse ergeben, die längere Zeit ohne auf I/O warten zu müssen ausgekommen sind? Sollten mehrere hoch priorisierte Prozesse sehr schnell wieder bereit werden, so kann es dazu kommen, dass niedriger priorisierte Prozesse verhungern. 4. Entwickeln Sie Lösungsideen zu dem/den gefundenen Problem(en). Die Wesentliche Ursache ist, dass immer von der höchst priorisierten Liste ausgegangen wird. Dies könnte durch verschiedene Modifikationen behoben werden. Beispielsweise könnten die Listen selbst Zeiten bekommen. Man könnte den Listen auch eine jeweils passende Basispriorität geben, welche mit der Wartezeit erhöht wird und bei Zuteilung der CPU an einen Prozess aus der Liste wieder auf die Basispriorität gesetzt wird. Diese Aufgabe wurde benutzt: Erweitert aus SoSe12 Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 2/6

3 Aufgabe 2: Scheduling mit Sollzeitpunkten 0 P 1. Gegeben seien die folgende Prozessmenge und ein Zwei-Prozessor-System. Die für einen Prozesswechsel benötigte Zeit kann vernachlässigt werden. Prozesse werden auch bearbeitet, wenn ihre Deadline vor dem Start bereits überschritten wurde. Prozess Ankunftszeit Bedienzeit Deadline P P P P P P P Wie sieht hier ein Schedule nach dem Earliest Due Date-Verfahren aus? Stellen Sie diesen in einem Gantt-Diagramm dar. P2 P5 P4 P7 P3 P1 P6 2. Wie sieht der Schedule aus, wenn man an Stelle des EDD- das Earliest Deadline First- Verfahren einsetzt? Annahme: Muss aufgrund einer früheren Deadline ein Prozess verdrängt werden, da beide Prozessoren belegt sind, so wird der Prozess mit der spätesten Deadline verdrängt. Ist ein Prozess einmal einem Prozessor zugeordnet worden, so kann dieser nur noch von der zugewiesenen CPU bearbeitet werden. Ein Prozessorwechsel bei einer Verdrängung ist also nicht möglich. Ein Prozess wird immer vollständig abgearbeitet, auch wenn er seine Deadline bereits verpasst hat. Bearbeiten beide Kerne einen Prozess mit der gleichen Deadline, so wird auf dem Kern verdrängt, auf welchem weniger ausstehende Prozesse sind, bei Gleichheit auf Kern 1. Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 3/6

4 P2 P1 P4 P1 P6 P2 P3 P5 P3 P7 3. Wie groß ist die maximale Verspätung in beiden Schedules? EDD: 3 (P5) EDF: 0 4. Geben Sie für beide Schedules die Menge der verpassten Deadlines an. EDD: {P4, P5} EDF: {} Diese Aufgabe wurde benutzt: SoSe2012, andere Werte Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 4/6

5 Aufgabe 3: List-Scheduling Gegeben sei die Folgende Prozessmenge mit Bearbeitungsdauer sowie Abhängigkeiten. 0 P Job Bedienzeit Abhängig von P 1 6 {P 3, P 7 } P 2 7 {} P 3 2 {P 5, P 6 } P 4 9 {P 7 } P 5 3 {} P 6 5 {} P 7 3 {P 2 } P 8 11 {P 3 } P 9 4 {P 1 } 1. Zeichnen Sie den zugehörigen Abhängigkeitsgraphen. 2. Nehmen Sie an, alle Jobs haben die gleiche Priorität. Wenden Sie List-Scheduling bei einem 3-Kern-System an und zeichnen Sie ein entsprechendes Gantt Diagramm. CPU 3 Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 5/6

6 P5 P3 P8 P6 P7 P1 P9 CPU 3 P2 P4 3. Ist der erhaltene Schedule optimal? Begründen Sie. Am Abhängigkeitsgraphen sieht man den kritischen Pfad (P2,P7,P1,P9) der Länge 20. Somit kann es keine Ausführungsreihenfolge mit kürzerer Dauer als 20 geben. Damit ist der gefundene Schedule optimal. 4. Findet List-Scheduling unter den gleichen Bedingungen und unabhängig von der Anzahl der Kerne immer einen optimalen Schedule, wenn der Abhängigkeitsgraph ein Baum ist? Beweisen oder widerlegen Sie. Nein. (In der Vorlesung wird für diesen Satz von einheitlichen Bedienzeiten ausgegangen). Im Folgenden ein Gegenbeispiel: Angenommen, es handelt sich um ein 2-Kern-System. Zuerst wird P1 abgehandelt, in der Zeit kann einer der Kerne keinen der Prozesse bearbeiten. Danach bekommt ein Kern P2, der andere P3. Sobald P3 abgearbeitet ist, gibt es zwei Möglichkeiten: P4 wird als nächstes von diesem Kern bearbeitet, dann ist P4 fertig, bevor P2 fertig ist und der selbe Kern bekommt auch noch P5 (Abschlusszeit: max(1 + 5, ) = 11). Das ist nicht optimal, denn bei anderer Wahl ist die Abschlusszeit geringer (P4 wird dann von dem selben Kern bearbeitet, der zuvor P2 bearbeitet hat, Abschlusszeit: max( , ) = 9). Diese Aufgabe wurde benutzt: Neu in SoSe2013 Musterlösung KMS SoSe 2013 Präsenzübung 4 6/6