Schedulingalgorithmen Rechenzeitverteilung auf Betriebssystemebene. Andi Drebes Fachbereich Informatik Universität Hamburg

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1 Schedulingalgorithmen Rechenzeitverteilung auf Betriebssystemebene Andi Drebes Fachbereich Informatik Universität Hamburg

2 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 2 / 22

3 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 3 / 22

4 Multitasking (1) Stapelverarbeitungssysteme ein Prozess zur Zeit Simple Hintereinanderausführung der Jobs Prozesswechsel nur bei Terminierung => kein Multitasking Prozess A Prozess B Prozess C Terminierung von A Terminierung von B Terminierung von C Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 4 / 22

5 Multitasking (2) kooperatives Multitasking ein Prozess zur Zeit Abgabe der Kontrolle über die CPU Zeitpunkt der Abgabe wird durch akt. Prozess bestimmt keine Terminierung bei Prozesswechsel Prozess A Wechsel Betriebssystem Wechsel Prozess B Problem: Prozess kann theoretisch unendlich lange laufen Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 5 / 22

6 Multitasking (3) preemptives Multitasking ( unterdrückendes Multitasking ) Einteilung der Rechenzeit in Quanten Jeder Prozess bekommt eine Anzahl von Quanten zugeteilt Nach Ablauf des Quantums: Prozesswechsel => kein Prozess kann unendlich lange am Stück laufen Prozess A Wechsel Prozess B erzwingt Betriebssystem Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 6 / 22

7 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 7 / 22

8 Pseudogleichzeitigkeit Auf einem Rechner mit einer CPU: immer nur ein Prozess zur Zeit Effekt der Gleichzeitigkeit durch schnelle Prozesswechsel Beispiel: Glühlampe mit Wechselstrom Echte Gleichzeitigkeit nur bei Mehrprozessormaschinen Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 8 / 22

9 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 9 / 22

10 Der Scheduler Scheduler ist Teil des Betriebssystems Betriebssystem (z.b. Linux / UNIX / Windows /...) Speicherverwaltung Scheduler Treiber... (weitere Komponenten) Zentrale Aufgabe: optimale Verteilung der CPU Zeit Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 10 / 22

11 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 11 / 22

12 Round Robin (1) preemptiver Schedulingalgorithmus Jeder Prozess bekommt gleiches Quantum Prozesse werden der Reihe nach geschedult absolut faire Verteilung der Rechenzeit Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 12 / 22

13 Round Robin (2) Interessant: Wahl der Länge der Quanta Zu lange Quanta: System wird träge Zu kurze Quanta: Viel Overhead durch Prozesswechsel Lösung: Mittelmaß für die Länge finden Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 13 / 22

14 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 14 / 22

15 Scheduling auf interaktiven Systemen (1) Problem bei gleichlangen Quanta: I/O lastige Prozesse werden benachteiligt Daten für A treffen ein A verarbeitet Daten A B C A B A blockt: Warten auf Daten A blockt: Warten auf Daten Prozess A kommt nur selten und kurz dran Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 15 / 22

16 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 16 / 22

17 Scheduling auf interaktiven Systemen (2) klassischer Weg I/O lastige Prozesse kürzer, aber öfter laufen lassen Daten für A treffen ein Daten für A treffen ein A B A C A B Gängige Annahme: I/O lastige Prozesse sind meistens interaktive Prozesse. Ein interaktiver Prozess blockt häufig und reizt sein Quantum selten aus Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 17 / 22

18 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 18 / 22

19 Scheduling auf interaktiven Systemen (3) Nicht jeder interaktive Prozess ist I/O lastig Beispiel: Darstellung komprimierter Videos Wenig Platten I/O zum Lesen von Daten Viel CPU Zeit für das Dekodieren => Prozess läuft neben anderen CPU lastigen Prozessen zu selten => Sinkende Framerate, Ruckeln, Haken Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 19 / 22

20 Gliederung Notwendigkeit des Schedulings Einführung: Begriff des Multitaskings Pseudogleichzeitigkeit Der Scheduler als Teil des Betriebssystems Algorithmus: Round Robin Scheduling auf interaktiven Systemen I/O lastige und CPU lastige Prozesse klassische Vorgehensweise Probleme mögliche Lösungsansätze Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 20 / 22

21 Scheduling auf interaktiven Systemen (4) Lösungsansätze Parallelen zur Biologie ziehen Der Mensch achtet am meisten auf Bewegung Prozesse mit viel visueller Veränderung bevorzugen Automatische Filterung der Prozesse erfolgt durch den Menschen selbst Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Folie 21 / 22

22 Vielen Dank für's Zuhören! Download des Papers und Vortrags unter:

23 Multitasking (Ergänzung) preemptives Multitasking ( unterdrückendes Multitasking ) Realisierung durch periodische Ticks der Systemuhr Uhr löst Interrupt aus ISR ruft Scheduler auf Scheduler vollzieht Prozesswechsel Andi Drebes: Schedulingalgorithmen Zusatzfolie

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