20521328 nguyễn thanh hiếu chương4

Bài tập Hệ Điều Hành Họ tên: Nguyễn Thanh Hiếu MSSV:20521328 CHƯƠNG 4-1 Bài 1: Sử dụng giải thuật FCFS, SJF, SRTF, Priority để tính giá trị thời gian đợi, thời gian đáp ứng thời gian hoàn thành trung bình - FCFS: - SJF - SRTF - Priority Bài 2: Sử dụng giải thuật FCFS, SJF, SRTF, Priority để tính giá trị thời gian đợi, thời gian đáp ứng thời gian hoàn thành trung bình - FCFS - SJF - SRFT - Priority CHƯƠNG 4-2 lý thuyết 1.2 Tại phải định thời? Nêu định thời mô tả chúng? - Cần phải định thời vì: + Trong hệ thống multitasking + Thực thi nhiều chương trình đồng thời làm tăng hiệu suất hệ thống + Tại thời điểm, có process thực thi + Cần phải giải vấn đề phân chia, lựa chọn process thực thi cho hiệu + Chiến lược định thời CPU - Các định thời là: + Long-term scheduling + Xác định chương trình chấp nhận nạp vào hệ thống để thực thi + Điều khiển mức độ multiprogramming hệ thống + Long term scheduler thường cố gắng trì xen lẫn CPU-bound I/O-bound process + Medium-term scheduling + Process đưa vào (swap in), đưa khỏi (swap out) nhớ chinh + Được thực phần quản lý nhớ thảo luận phần quản lý nhớ + Short-term scheduling + Xác định process ready queue chiếm CPU để thực thi (còn gọi định thời CPU, CPU scheduling) + Bộ định thời short-term gọi có kiện/interrupt sau xảy ra: Ngắt thời gian (clock interrupt), Ngắt ngoại vi (I/O interrupt), Lời gọi hệ thống (operating system call), Signal 1.3 Các tiêu chuẩn định thời CPU? - Hướng người dùng (User-oriented) + Thời gian đáp ứng (Response time): khoảng thời gian process nhận yêu cầu đến yêu cầu đáp ứng (time-sharing, interactive system) → cực tiểu + Thời gian quay vịng (hồn thành) (Turnaround time): khoảng thời gian từ lúc process nạp vào hệ thống đến process kết thúc → cực tiểu + Thời gian chờ (Waiting time): tổng thời gian process đợi ready queue → cực tiểu - Hướng hệ thống (System-oriented) + Sử dụng CPU (processor utilization): định thời cho CPU bận tốt → cực đại + Công (fairness): tất process phải đối xử + Thơng lượng (throughput): số process hồn tất công việc đơn vị thời gian → cực đại 1.4 Có giải thuật định thời? Kể tên? - Có giải thuật định thời: +First-Come, First-Served (FCFS) + Shortest Job First (SJF) + Shortest Remaining Time First (SRTF) + Round-Robin (RR) + Priority Scheduling + Highest Response Ratio Next (HRRN) + Multilevel Queue +Multilevel Feedback Queue 1.5 Mô tả nêu ưu điểm, nhược điểm giải thuật định thời? FCFS, SJF, SRTF, RR, Priority Scheduling, HRRN, MQ, MFQ Giải thuật FCFS Mô tả - Hàm lựa chọn: + Tiến trình yêu cầu CPU trước cấp phát CPU trước + Process thực thi đến kết thúc bị blocked I/O - Chế độ định: nonpreemptive algorithm - Hiện thực: sử dụng hàng đợi FIFO (FIFO queues) + Tiến trình vào thêm vào cuối hàng đợi + Tiến trình lựa chọn để xử lý lấy từ đầu queues Ưu điểm + không bao gồm logic phức tạp nào, đặt yêu cầu quy trình vào hàng đợi thực thứ + Đơn giản dễ thực + Mọi quy trình có hội để chạy Nhược điểm + Khơng có tùy chọn để sử dụng trước quy trình Nếu trình bắt đầu, CPU thực q trình đến kết thúc + khơng có preemption, tiến trình thực thi thời gian dài, tiến trình phía sau hàng đợi phải đợi thời gian dài trước thực thi SJF - Khi CPU trao cho q trình khơng nhường kết thúc chu kỳ xử lý + Thời gian thực tiến trình phải CPU biết trước, điều + Quy trình dài có nhiều thời gian chờ đợi SRTF - Nếu tiến trình đưa vào danh sách với chiều dài sử dụng CPU cho lần nhỏ thời gian lại tiến trình xử lý, dừng hoạt động tiến trình hành → Shortest- + Quy trình ngắn thực thi sau quy trình dài + Thơng lượng tăng lên nhiều quy trình thực khoảng thời gian ngắn + Quy trình ngắn thực thi sau quy trình dài + Thơng lượng tăng lên nhiều quy trình thực - không phù hợp cho hệ thống time sharing (interactive) + Thời gian thực tiến trình phải CPU biết trước, điều Remaining-Time-First (SRTF) RR - Mỗi process nhận đơn vị nhỏ thời gian CPU, thông thường từ 10100 msec để thực thi - Sau khoảng thời gian đó, process bị đoạt quyền trở cuối hàng đợi ready - Nếu có n process hàng đợi ready quantum time = q khơng có process phải chờ đợi (n -1)q đơn vị thời gian Priority - Mỗi process gán độ ưu tiên - CPU cấp cho process có độ ưu tiên cao - Định thời sử dụng độ ưu tiên có thể: Preemptive Non-preemptive HRRN - Chọn process có giá trị RR (Response ratio) lớn - Các process ngắn ưu tiên (vì service time nhỏ) MQ - Hàng đợi ready chia thành nhiều hàng đợi riêng biệt theo số tiêu chuẩn khoảng thời + Quy trình dài có gian ngắn nhiều thời gian chờ đợi + Mỗi q trình + Thơng lượng phần CPU phục vụ lớn phụ thuộc vào độ lượng tử thời dài thời gian lượng gian cố định, tử tất trình + Nếu lượng tử thời ưu tiên gian dài mức cần thiết, có xu hướng + Vì chu thể hành vi giống kỳ quay vòng, FCFS Nếu lượng quy trình có tử thời gian ngắn thời gian cố định để mức cần thiết, số lần thực thi Khơng có CPU chuyển từ quy quy trình bị bỏ trình sang quy lại trình khác tăng lên Điều dẫn đến giảm hiệu suất CPU + Mức độ ưu tiên + Thuật toán lập lịch q trình thứ hai yêu cầu chọn dựa để lập lịch cho q u cầu nhớ, u trình có mức độ cầu thời gian sở ưu tiên thích người + Trong lập lịch ưu dùng tiên trước, q trình có mức độ ưu tiên cao thực trước Nếu trình ưu tiên thấp tiếp tục chờ đợi trình ưu tiên cao - Hiệu suất tốt - Nó SJF Scheduling thực thực tế - Nó hạn chế thời Điều thời gian chờ đợi gian bùng nổ tất công việc dài trình khơng thể hỗ trợ cơng biết trước việc ngắn - Các quy trình - Một số tiến trình có gán vĩnh viễn cho thể chết đói CPU hàng đợi, số hàng đợi ưu tiên cao không + Đặc điểm yêu cầu có lợi chi phí trở nên trống - Nó định thời process lập lịch trình thấp khơng linh hoạt + Foreground (interactive) chất background process,… - Process gán cố định vào hàng đợi, hàng đợi sử dụng giải thuật định thời riêng MFQ - Phân loại processes dựa đặc tính CPUburst - Sử dụng decision mode preemptive - Sau khoảng thời gian đó, I/O-bound process interactive process hàng đợi có độ ưu tiên cao cịn CPU-bound process queue có độ ưu tiên thấp - Một process chờ lâu hàng đợi có độ ưu tiên thấp chuyển đến hàng đợi có độ ưu tiên cao (cơ chế niên hạn, aging) - Chi phí lập lịch trình thấp - Cho phép aging, khơng bị starvation - Nó khơng linh hoạt - Nó yêu cầu số phương tiện chọn giá trị cho tất tham số để xác định lập lịch tốt nhất, phức tạp Bài tập Sử dụng giải thuật FCFS, SJF, SRTF, Priority -Pre, RR (10) để tính giá trị thời gian đợi, thời gian đáp ứng thời gian hồn thành trung bình vẽ giản đồ Gantt: Với RR, điều xảy P5 vào thời điểm P1 vừa hết quantum time?|| Vẽ giản đồ Gantt tính thời gian đợi trung bình thời gian lưu lại hệ thống (turnaround time) trung bình cho giải thuật: a FCFS, SJF b RR với quantum time = 10 Cho tiến trình thời gian vào (Arrival Time) tương ứng: Vẽ sơ đồ Gantt tính thời gian chờ trung bình (average wait time) thời gian xoay vòng (average turnaround time) trung bình cho giải thuật định thời a Shortest Remaining Time First (SRTF) b Round Robin (RR) với quantum = A, Cho tiến trình P1, P2, P3, P4, P5 với thời gian vào Ready List thời gian cần CPU tương tứng bảng sau: Vẽ sơ đồ Gantt tính thời gian chờ trung bình, thời gian đáp ứng trung bình thời gian lưu lại hệ thống (turnaround time) trung bình cho giải thuật: a FCFS b SJF preemptive RR với quantum time = CHƯƠNG 4-3 Định thời tiểu trình nào? - Trên hệ điều hành đại có hỗ trợ tiểu trình, tiểu trình định thời, khơng phải tiến trình - Có phân biệt tiểu trình người dùng tiểu trình hạt nhân định thời - Tiểu trình người dùng định thời thơng qua thư viện quản lý tiểu trình: - Tiểu trình hạt nhân định thời tất CPU khả dụng Phạm vi định thời toàn hệ thống (system-contention scope - SCS) Có cách tiếp cận để thực định thời đa xử lý? Ưu nhược điểm cách tiếp cận? - Có hai cách tiếp cận phổ biến: đa xử lý bất đối xứng (asymmetric multiprocessing) đa xử lý đối xứng (symmetric multiprocessing - SMP) - Đa xử lý bất đối xứng - Ưu điểm: + Đơn giản: xử lý truy xuất liệu hệ thống, không cần chia sẻ liệu - Nhược điểm: + Master server bị nghẽn cổ chai (bottleneck), làm giảm hiệu hệ thống - Đa xử lý đối xứng - Ưu điểm: - Mỗi xử lý tự tổ chức hàng đợi riêng nó: + Hiệu không bị ảnh hưởng vấn đề dùng chung hàng đợi => Hướng tiếp cận phổ biến hệ thống SMP -Nhược điểm - Xuất vùng tranh chấp: Nhiều xử lý chọn định thời tiểu trình => Cần có chế kiểm tra khóa (lock) việc truy xuất tiểu trình => Hiệu hệ thống giảm nghẽn cổ chai Cân tải gì? Tại phải cân tải? - Cân tải xử lý có nhiều tải, xử lý khác rỗi => Cần đảm bảo xử lý sử dụng hiệu - Phải cân tải để phân phối khối lượng công việc (workload) cho CPU 4.Định thời theo thời gian thực nào? - Có nhiều thách thức u cầu tính chất thời gian thực - Có dạng hệ thống thời gian thực: + Soft real-time systems: Các tác vụ quan trọng cấp độ ưu tiên lớn nhất, khơng đảm bảo điều khác + Hard real-time systems: Tác vụ phải hoàn thành deadline 5.Mơ tả CFS? - CFS xác định tác vụ thực thi qua virtual run time: + Mỗi tác vụ có giá trị virtual run time riêng, kết hợp với hệ số đặc biệt dựa độ ưu tiên + Các tiến trình có độ ưu tiên bình thường có virtual run time tương đương với thời gian chạy thực tế + Chọn tiến trình có virtual run time nhỏ để thực thi tiếp Trình bày đặc điểm định thời Windows? - Định thời theo độ ưu tiên với chế độ trưng dụng - Tác vụ có độ ưu tiên cao ln chạy tiếp - Tiến trình thực thi (1) block system call, (2) hết quantum time, (3) bị thay tiến trình khác có độ ưu tiên cao - Sử dụng 32 độ ưu tiên, chia thành lớp: variable (1-15) real-time (16-31) Độ ưu tiên dành cho quản lý nhớ - Mỗi độ ưu tiên có hàng đợi riêng Idle thread chạy khơng có tác vụ hàng đợi