Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Диспетчер задач сравнивал заказанное время и время вы­полнения и в случае превышения указанной оценки потребности в данном ресур­се ставил данное задание не в начало, а в конец очереди. Еще в некоторых операци­онных системах в таких случаях использовалась система штрафов, при которойв случае превышения заказанного машинного времени оплата вычислительных ре­сурсов осуществлялась уже по другим расценкам.Дисциплина обслуживания SJN предполагает, что имеется только одна очередьзаданий, готовых к выполнению. Задания, которые в процессе своего исполнениябыли временно заблокированы (например, ожидали завершения операций вводавывода), вновь попадали в конец очереди готовых к выполнению наравне с вновьпоступающими.

Это приводило к тому, что задания, которым требовалось очень 1немного времени для своего завершения, вынуждены были ожидать процессорнаравне с длительными работами, что не всегда хорошо.Для устранения этого недостатка и была предложена дисциплина SRT (ShortestRemaining Time) — следующим будет выполняться задание, которому осталосьменьше всего выполняться на процессоре.Все эти три дисциплины обслуживания могут использоваться для пакетных ре­жимов обработки, когда пользователю не нужно ждать реакции системы — он про­сто сдает свое задание и через несколько часов получает результаты вычислений.Для интерактивных же вычислений желательно прежде всего обеспечить прием­лемое время реакции системы. Если же система является мультитерминальной, |то помимо малого времени реакции системы на запрос пользователя желательно,чтобы она обеспечивала и равенство в обслуживании.

Можно сказать, что страте­гия обслуживания, согласно которой главным является равенство обслуживанияпри приемлемом времени обслуживания, является главной для систем разделения времени. Кстати, UNIX-системы реализуют дисциплины обслуживания, со­ответствующие именно этой стратегии.Если же это однопользовательская система, но с возможностью мультипрограммной обработки, то желательно, чтобы те программы, с которыми непосредственно I59рпанирование и диспетчеризация процессов и задачоаботает пользователь, имели лучшее время реакции, нежели фоновые задания.При этом желательно, чтобы некоторые приложения, выполняясь без непосред­ственного участия пользователя (например, программа получения электроннойпочты, использующая модем и коммутируемые линии для передачи данных), темне менее, гарантированно получали необходимую им долю процессорного времени.Для решения перечисленных проблем используется дисциплина обслуживания,называемая карусельной (Round Robin, RR), и приоритетные методы обслужи­вания.Дисциплина обслуживания RR предполагает, что каждая задача получает процес­сорное время порциями или, как говорят, квантами времени (time slice) q.

Послеокончания кванта времени q задача снимается с процессора, и он передается сле­дующей задаче. Снятая задача ставится в конец очереди задач, готовых к выполне­нию. Эту дисциплину обслуживания иллюстрирует рис. 2.3. Для оптимальной ра­боты системы необходимо правильно выбрать закон, по которому кванты временивыделяются задачам.Выполненные задачи•Очередь готовых к исполнению задачНовые задачиРис. 2.3. Карусельная дисциплина диспетчеризацииВеличина кванта времени q выбирается как компромисс между приемлемым време­нем реакции системы на запросы пользователей (с тем, чтобы их простейшие запро­сы не вызывали длительного ожидания) и накладными расходами на частую сменуКонтекста задач.

Очевидно, что при прерываниях операционная система вынужденавыполнять большой объем работы, связанной со сменой контекста. Она должна со­хранить достаточно большой объем информации о текущем (прерываемом) процес­се, поставить дескриптор снятой задачи в очередь, занести в рабочие регистры про­цессора соответствующие значения для той задачи, которая теперь будет выполняться(ее дескриптор расположен первым в очереди готовых к исполнению задач). ЕслиВеличина q велика, то при увеличении очереди готовых к выполнению задач реак­ция системы станет медленной.

Если же величина q мала, то относительная доля60Глава 2. Управление задачаминакладных расходов на переключения контекста между исполняющимися задачамиувеличится, и это ухудшит производительность системы.»В некоторых операционных системах есть возможность указывать в явном видевеличину кванта времени или диапазон возможных значений, тогда система будетстараться выбирать оптимальное значение сама. Например, в операционной сис­теме OS/2 в файле CONFIG.SYS есть возможность с помощью оператора TIMESLICEуказать минимальное и максимальное значения для кванта q. Так, например, стро­ка TIMESLICE=32,256 указывает, что минимальное значение равно 32 мс, а макси­мальное — 256. Если некоторая задача прервана, поскольку израсходован выде­ленный ей квант времени q, то следующий выделенный ей интервал будет увеличенна время, равное одному периоду таймера (около 32 мс), и так до тех пор, покаквант времени не станет равным максимальному значению, указанному в операто­ре TIMESLICE.

Этот метод позволяет OS/2 уменьшить накладные расходы на пе­реключение задач в том случае, если несколько задач параллельно выполняютдлительные вычисления. Следует заметить, что диспетчеризация задач в этой опе­рационной системе реализована, пожалуй, наилучшим образом с точки зрения ре­акции системы и эффективности использования процессорного времени.Дисциплина карусельной диспетчеризации более всего подходит для случая, когдавсе задачи имеют одинаковые права на использование ресурсов центрального про­цессора.

Однако как мы знаем, равенства в жизни гораздо меньше, чем неравенства.Одни задачи всегда нужно решать в первую очередь, тогда как остальные могут по­дождать. Это можно реализовать за счет того, что одной задаче мы (или диспетчерзадач) присваиваем один приоритет, а другой задаче — другой. Задачи в очереди будутрасполагаться в соответствии с их приоритетами.

Формирует очередь диспетчер за­дач. Процессор в первую очередь будет предоставляться задаче с самым высокимприоритетом, и только если ее потребности в процессоре удовлетворены или онапопала в состояние ожидания некоторого события, диспетчер может предоставитьего следующей задаче. Многие дисциплины диспетчеризации по-разному исполь­зуют основную идею карусельной диспетчеризации и механизм приоритетов.Дисциплина диспетчеризации RR — это одна из самых распространенных дисцип­лин. Однако бывают ситуации, когда операционная система не поддерживает в яв­ном виде дисциплину карусельной диспетчеризации.

Например, в некоторых опе­рационных системах реального времени используется диспетчер задач, работающийпо принципу абсолютных приоритетов (процессор предоставляется задаче с мак­симальным приоритетом, а при равенстве приоритетов он действует по принципуочередности) [7, 11]. Другими словами, причиной снятия задачи с выполненияможет быть только появление задачи с более высоким приоритетом. Поэтому еслинужно организовать обслуживание задач таким образом, чтобы все они получалипроцессорное время равномерно и равноправно, то системный оператор может саморганизовать эту дисциплину.

Для этого достаточно всем пользовательским зада­чам присвоить одинаковые приоритеты и создать одну высокоприоритетную зада­чу, которая не должна ничего делать, но которая, тем не менее, будет по таймеру(через указанные интервалы времени) планироваться на выполнение. Благодарявысокому приоритету этой задачи текущее приложение будет сниматься с выпол­нения и ставиться в конец очереди, а поскольку этой высокоприоритетной задачесамом деле ничего делать не надо, то она тут же освободит процессор, и из оче­ареди готовности будет взята следующая задача.В своей простейшей реализации дисциплина карусельной диспетчеризации предотагает, что все задачи имеют одинаковый приоритет. Если же необходимо ввес­ти механизм приоритетного обслуживания, то это, как правило, делается за счеторганизации нескольких очередей.

Процессорное время предоставляется в первуюочередь тем задачам, которые стоят в самой привилегированной очереди. Если онапустая, то диспетчер задач начинает просматривать остальные очереди. Именнопо такому алгоритму действует диспетчер задач в операционных системах OS/2,Windows 9x, Windows NT/2000/XP и многих других. Отличия в основном заклю­чаются в количестве очередей и в правилах, касающихся перемещения задач изодной очереди в другую.Известные дисциплины диспетчеризации (мы здесь рассмотрели только основ­ные) могут применять или не применять еще одно правило, касающееся перерас­пределения процессора между выполняющимися задачами.Есть дисциплины, в которых процессор принудительно может быть отобран у те­кущей задачи. Такие дисциплины обслуживания называют вытесняющими, по­скольку одна задача вытесняется другой.

Другими словами, возможно прину­дительное перераспределение процессорного времени между выполняющимисязадачами. Оно осуществляется самой операционной системой, отбирающей пери­одически процессор у выполняющейся задачи.А есть дисциплины диспетчеризации, в которых ничто не может отобрать у задачипроцессор, пока она сама его не освободит. Освобождение процессора в этом слу­чае, как правило, связано с тем, что задача попадает в состояние ожидания некото­рого события.Итак, диспетчеризация без перераспределения процессорного времени, то есть невытесняющая (non-preemptive multitasking), или кооперативная, многозадачность(cooperative multitasking), — это такой способ диспетчеризации задач, при кото­ром активная задача выполняется до тех пор, пока она сама, что называется «пособственной инициативе», не отдаст управление диспетчеру задач для того, чтобытот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс или поток.

Характеристики

Список файлов книги