3.1.3. Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации

Диспетчеризация без перераспределения процессорного времени, то есть не вытесняющая многозадачность – это такой способ диспетчеризации процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по своей инициативе, не отдаст управление диспетчеру задач для выбора из очереди другого, готового к исполнению процесса. Дисциплины обслуживания FCFS, SJN, SRT относятся к не вытесняющим.

Диспетчеризация с перераспределением процессорного времени между задачами, то есть вытесняющая многозадачность – это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается диспетчером задач, а не самой активной задачей. Механизм диспетчеризации сосредоточен в самой ОС и программист не должен заботиться о параллельном выполнении своего приложения с другими приложениями. Операционная система выполняет следующие функции:

• определяет момент снятия с выполнения текущей задачи;

• сохраняет контекст текущей задачи в дескрипторе задачи;

• выбирает из очереди готовых к выполнению задач следующую;

• загружает контекст выбранной задачи;

• запускает выбранную задачу на исполнение.

Дисциплина RR и аналогичные ей относятся к вытесняющим.

При не вытесняющей многозадачности механизм распределения процессорного времени распределен между ОС и прикладной программой. Прикладная программа должна быть разделена на кванты, по окончанию которых с помощью системного вызова управление передается супервизору ОС. Диспетчер задач формирует очереди и выбирает задачу на исполнение.

3.1.4. Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания

Одна из проблем при выборе дисциплины обслуживания – гарантия обслуживания. При некоторых дисциплинах обслуживания, например, с абсолютными приоритетами, низкоприоритетные задачи долго могут не получать процессорное время.

Требование к системе – не только завершить процесс, но завершить его к указанному времени или в течение указанного времени.

Наиболее рациональное решение – выделять процессорное время квантами.

Гарантировать обслуживание можно тремя способами:

• выделять минимальную долю процессорного времени некоторому классу процессов, если, по крайней мере, один из них готов к исполнению;

• выделять минимальную долю процессорного времени некоторому конкретному процессу, готовому к исполнению;

• выделить столько процессорного времени некоторому процессу, чтобы он мог выполнить свои вычисления к сроку.

Для сравнения алгоритмов диспетчеризации используются следующие критерии:

• использование (загруженность) центрального процессора;

• пропускная способность – количество процессов, выполняющихся в единицу времени;

• время оборота – интервал времени от момента появления процесса во входной очереди до момента его завершения (время ожидания во входной очереди + время ожидания в очереди готовых к выполнению процессов + время ожидания в очередях к оборудованию + время выполнения в процессоре + время ввода/вывода);

• время ожидания – суммарное время нахождения процесса в очереди готовых к выполнению процессов;

• время отклика – время от момента попадания процесса во входную очередь до момента первого обращения к терминалу.

Главные причины уменьшения производительности системы:

• накладные расходы на переключение процессора (переключения контекстов задач, перемещения страниц виртуальной памяти, обновление данных в кэш-области);

• переключение на другой процесс в тот момент, когда текущий процесс выполняет критическую секцию, а другие процессы активно ожидают входа в свою критическую секцию.

Методы повышения производительности системы в мультипроцессорных системах:

• совместное планирование, все потоки одного приложения одновременно выбираются для выполнения процессорами и одновременно снимаются с них;

• находящиеся в критической секции задачи не прерываются, а активно ожидающие входа в критическую секцию задачи не выбираются до тех пор, пока вход в секцию не освободится;

• планирование с учетом «советов» программы.