Algoritmos de Planificación

Algoritmos de Planificación
First-Come, First Served (FCFS)
La política más simple de planificación es la FCFS. A medida que un proceso
pasa al estado listo, este es agregado a la cola de listos. Cuando el proceso
que actualmente está ejecutando cesa su ejecución entonces el proceso más
viejo en la cola es seleccionado para correr. La implementación de esta política
es a través de colas FIFO (First-In, First-Out). Cuando el CPU está libre, éste
es asignado al proceso que está en la cabeza de la cola.
FCFS es un algoritmo nonpreemptive, pues una vez que el CPU es asignado a
un proceso, este lo mantiene hasta que espontáneamente lo suelta, ya sea
porque el proceso finalizó o por algún requerimiento de E/S.
El tiempo de espera bajo esta política tiende a ser alto. Además , tiende a
favorecer aquellos procesos que requieren más tiempo de CPU (CPU-bound).
Consideren el caso donde tenemos una colección de procesos. Uno de ellos
utiliza más CPU que los otros, y el resto de los procesos requieren más trabajo
de E/S (I/O-bound). Cuando el proceso CPU-bound ejecuta, los otros procesos
esperan. Algunos de estos estarán en las colas de los dispositivos de E/S pero
eventualmente en algún instante pasarán a la cola de procesos listos. En este
momento, muchos de los dispositivos de E/S estarán ociosos. Cuando el
proceso en ejecución deje el estado Running, los procesos I/O-bound pasarán
a ejecutar y rápidamente volverán a bloquearse en espera de E/S. Si el
proceso CPU-bound se encuentra bloqueado, entonces el procesador estará
ocioso. Por lo tanto, FCFS puede ocasionar un uso indeficiente tanto del
procesador como de los dispositivos de E/S.
Proceso
Tiempo de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Turnaround Tiempo de
llegada
Servicio
Comienzo Finalización
Espera
A
0
1
0
1
1
0
B
1
100
1
101
100
0
C
2
1
101
102
100
101-2=99
D
3
100
102
202
199
102-3=99
100
49.50
Promedio
Proceso
Tiempo de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Turnaround Tiempo de
llegada
Servicio
Comienzo Finalización
Espera
B
0
100
0
100
100
0
D
1
100
100
200
199
100-1=99
A
2
1
200
201
201-2=199
200-2=198
C
3
1
201
202
202-3=199
201-3=198
232
123.50
Promedio
El tiempo promedio de espera bajo una política FCFS generalmente no es
mínimo y puede variar sustancialmente si hay mucha diferencia entre las
duraciones de ciclo de los procesos.
En el segundo ejemplo, se presenta un efecto convoy donde los procesos
esperan a que un proceso grande deje el CPU
Shortest-Job-First (SJF)
Este algoritmo selecciona al proceso con el próximo tiempo de ejecución más
corto. Un proceso corto saltará a la cabeza de la cola. La ejecución de un
proceso consiste en ciclos de ejecución de CPU y ciclos de espera por E/S. El
algoritmo selecciona aquel proceso cuyo próximo ciclo de ejecución de CPU
sea menor. El problema está en conocer dichos valores, pero podemos
predecirlos usando la información de los ciclos anteriores ejecutados.
SJF
Proceso
Tiempo de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Turnaround Tiempo de
llegada
Servicio
Comienzo Finalización
Espera
A
0
8
0
8
8
0
B
1
4
8
12
12-1=11
8-1=7
C
2
9
17
26
26-2=24
17-2=15
D
3
5
12
17
17-3=14
12-3=9
14.25
10.33
Promedio
FCFS
Proceso
Tiempo de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Turnaround Tiempo de
llegada
Servicio
Comienzo Finalización
Espera
A
0
8
0
8
8
0
B
1
4
8
12
12-1=11
8-1=7
C
2
9
12
21
21-2=19
12-2=10
D
3
5
21
26
26-3=23
21-3=18
20.33
11.66
Promedio
El SJF es probablemente optimal pues da el mínimo tiempo promedio de
espera. El problema está en conocer la duración del próximo requerimiento de
CPU para cada proceso. Esta duración puede predecirse suponiendo que el
próximo ciclo puede ser similar a los anteriores.
Este algoritmo puede ser preemptive o no. Cuando un nuevo proceso llega a la
cola de procesos listos mientras otro se está ejecutando, el nuevo proceso
puede tener el ciclo de duración de CPU más corto que lo que falta por ejecutar
del proceso actual. En el caso de un esquema preemptive, el CPU será
asignado al proceso que acaba de llegar a la cola. Este algoritmo se conoce
como Shortest Remaining Time First (SRTF).
Prioridad
En muchos sistemas, los procesos tienen prioridades asignadas, y el
planificador escogerá aquel proceso con mayor prioridad.
Cuando un proceso debe ser seleccionado, el planificador por prioridades
seleccionará aquel proceso que tenga mayor prioridad. Si hay más de un
proceso entonces se deberá seguir alguna política de selección.
Un problema que presenta un esquema de planificación por prioridades puro es
que los procesos con la prioridad más baja pueden sufrir de inanición o bloqueo
indefinido. Un proceso que está listo para correr pero espera porque siempre
hay procesos con prioridad más alta.
Para evitar este problema, se puede ir incrementando gradualmente la
prioridad de los procesos (envejecimiento).
SJF es un caso especial de planificación por Prioridad, donde la prioridad es el
inverso del valor estimado del próximo ciclo de CPU ( a menor ciclo, mayor
prioridad).
Proceso Tiempo Prioridad Tiempo
de
de
llegada
Servicio
Tiempo
Tiempo de Turnaround Tiempo
de
Finalización
de
Comienzo
Espera
A
0
2
8
0
8
8
0
B
1
1
4
22
26
26-1=25
221=21
C
2
4
9
8
17
17-2=15
8-2= 6
D
3
2
5
17
22
22-3=19
173=14
16.75
10.25
Promedio
Este algoritmo puede ser preemptive y nonpreemptive. En el caso de
preemptive, cuando un proceso llega a la cola de procesos listos, su prioridad
es comparada con la prioridad del proceso que está corriendo. Si la prioridad
del nuevo proceso es mayor, entonces se atiende al nuevo proceso.
Round Robin
Una manera rápida de reducir la penalización que los procesos cortos sufren
con FCFS es usar expropiación basada en un reloj. Una interrupción de reloj es
generada a intervalos periódicos. Cuando ocurre la interrupción, el proceso en
ejecución es colocado en la cola de procesos listos y el próximo trabajo es
seleccionado basado en el esquema FCFS. A cada proceso se le da un trozo
de tiempo.
La principal decisión de dise�o que surge con Round Robin es el tama�o del
trozo o quantum. Si el quantum es muy corto, entonces los procesos se
moverán a través del sistema rápidamente. Por otro lado, hay un cierto
overhead o desperdicio de tiempo envuelto con el manejo de la interrupción de
reloj y las funciones de planificación y despacho. Por lo tanto quanta muy
peque�os deberían evitarse. Una alternativa es usar un quantum de tiempo
que sea un poco más grande que el tiempo promedio requerido para una
interacción típica.
Round Robin es particularmente efectivo para sistemas generales de tiempo
compartido. Se implementa con una cola FIFO de procesos. Nuevos procesos
son agregados al final de la cola, y toma el proceso que se encuentra en la
cabeza de la cola. Actualiza el timer para que interrumpa después del quantum
de tiempo.
El desempe�o de este algoritmo dependerá del tama�o del quantum. Si el
quantum es infinito entonces degenera en FCFS. Si el quantum es muy
peque�o entonces Round Robin es llamado compartición de CPU y en teoría
pareciera que cada proceso tiene su propio procesador corriendo a 1/n la
velocidad del procesador real.
Bajo este esquema es importante considerar el efecto del cambio de contexto.
Round Robin (RR q=3)
Proceso
Tiempo de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Turnaround Tiempo de
llegada
Servicio
Comienzo Finalización
Espera
A
0
8
0, 12, 21
3, 15, 23
23
15
B
1
4
3, 15
6, 16
16-1=15
11
C
2
9
6, 16, 23
9, 19, 26
26-2=24
15
D
3
5
9, 19
12,21
21-3=18
11
20
13
Promedio