Báo Cáo Hệ Điều Hành Nhúng Đề Tài Triển Khai Thuật Toán Lập Lịch Phản Hồi Hàng Đợi Đa Cấp.pdf

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ ỘTRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG

ĐỀ TÀI: TRI N KHAI THU T TOÁN L P L CH PH N HỂ Ậ Ậ Ị Ả ỒI HÀNG ĐỢI ĐA CẤP

Người hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bình

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kì 20222, chúng em được học môn Hệ điều hành dưới sự hướng dẫn củathầy Nguyễn Thanh Bình, sau kì học chúng em đã học được rất nhiều kiến thức hay ngoài những kiến thức về môn học chúng em còn biết thêm nhiều kiến thức bổ ích trong cuộc sống

Qua quá trình học, môn học đã giúp chúng em hiểu cơ bản về chức năng và các nhiệm vụ mà hệ điều hành cần thực hiện Hệ điều hành thực hiện ba chức năng chính sau: quản lý tài nguyên của máy tính (CPU, bộ nhớ, ổ đĩa và và các thiết bị I/O), thiết lập giao diện người dùng và thực thi và cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng phầnmềm.Môn học đã bước đầu cung cấp cho chúng em các kiến thức về hệ thống và rèn luyện khả năng tìm hiểu các kiến thức bên ngoài Song, do trình độ, khả năng, kiến thức còn yếu nên chúng em còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình học.

Trong bài tập lớn này, nhóm em tìm đã hiểu thực hiện bộ lập lịch hàng đợi phảnhồi đa cấp Multilevel Feedback Queue Scheduling (MLFQ)

Trong quá trình tìm hiểu nhóm em đã cố gắng thực hiện, nhưng do kiến thức còn hạn chế vẫn nên bài tập lớn của chúng em còn nhiều chổ thiếu sót chưa hoàn thiện Nhóm em kính mong thầy có thể đóng góp và giúp chúng em đỡ khắc phục, hoàn thiệnhơn Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã dạy và hướng dẫn chúng em môn học hệ điều hành trong kì này

Nhóm chúng em chân thành cảm ơn Thầy!

MỤC L C Ụ

LỜI NÓI ĐẦU 2

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

1.3 Mục tiêu của đề tài 9

CHƯƠNG 2 CƠ CỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Giới thiệu chung 11

2.1.1 Khái niệm tiến trình 11

2.1.2 Phân loại tiến trình 11

2.1.3 Trạng thái tiến trình 11

2.1.4 Khái niệm lập lịch cho CPU 12

2.1.5 Mục đích của lập lịch cho CPU 12

2.1.6 Các tiêu chuẩn của lập lịch 13

2.1.7 Các nguyên lý lập lịch 13

2.2 Các thuật toán lập lịch 14

2.2.1 First-Come, First-Served (FCFS) 14

2.2.2 Shortest-Job-First (SJF) 16

2.2.3 Shortest Remain Time First (SRTF) 20

2.2.4 Highest response Ratio Next (HRN) 21

CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN LẬP LỊCH HÀNG ĐỢI PHẢN HỒI ĐA

CẤP 30

3.1 Thiết kế bộ lập lịch hàng đợi phản hồi đa cấp 30

3.1.1 Yêu cầu thiết kế 30

3.1.2 Cách thức hoạt động của bộ lập lịch MLFQ 31

3.1.2.1 CPU xử lý một tiến trình 32

3.1.2.2 CPU phải xử lý nhiều tiến trình cùng lúc 33

3.1.2.3 Cơ chế thay đổi hàng đợi ưu tiên của tiến trình 36

3.2 Phần mềm Visual Studio 37

3.2.1 Khái quát phần mềm Visual Studio 37

3.2.2 Một số tính năng của phần mềm Visual Studio 37

3.3 Triển khai bộ lập lịch hàng đợi phản hồi đa cấp trong Visual Studio 38

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CPU Central Processing Unit Bộ lý trung tâm xử

FCFS First-Come, First-Server Vào trước, phục vụ trước SJF Shortest Job Next Tiến trình ngắn nhất tiếp theo SRTF Shortest Remaining Time First Thời gian còn lại ngắn nhất

MLFQ Multilevel Feedback Queue Hàng đợi phản hồi đa cấp

HRN Highest Response Ratio Next Hệ số phản hồi cao nhất tiếp theo

Hình 2 7 Các mức độ ưu tiên trong thuật toán đa hàng đợi 26

Hình 2 8 Mô tả thuật toán MLFQ với cấp 3 27

Hình 3 1 Cấu trúc bộ lập lịch MLFQ 30

Hình 3 2 Tiến trình được xử lý trong hàng đợi thứ nhất 31

Hình 3 3 Tiến trình được xử lý trong hàng đợi thứ hai 31

Hình 3 4 Mô quá trình tả xử lý tại các hàng đợi 32

Hình 3 5 Mô quá trình tả xử lý tại hàng đợi ưu tiên thứ hai 32

Hình 3 6 Mô quá trình tả xử lý tại hàng đợi ưu tiên thứ ba 33

Hình 3 7 Mô quá trình tả xử lý tiến trình khi có tiên cao độ ưu hơn 33

Hình 3 8 Mô quá trình tả xử lý tiến trình khi có tiên độ ưu thấp hơn 34

Hình 3 9 Tiến trình trong hàng đợi ưu tiên thấp hơn vượt quá thời gian 34

Hình 3 10 Tiến trình thay đổi hàng đợi ưu tiên 35

Hình 3 11 Phần mềm Visual Studio 35

Hình 4 1 Nhập dữ liệu đầu vào 47

Hình 4 2 Tiến trình khi ở hàng đợi thứ nhất 47

Hình 4 3 Các tiến trình đang được thực thi hàng ở đợi thứ nhất 48

Hình 4 4 Các tiến trình khi ở hàng đợi thứ hai 49

Hình 4 5 Các tiến trình lần lượt thực thi ở hàng đợi thứ hai 49

Hình 4 6 Các tiến trình khi ở hàng đợi thứ ba 50

Hình 4 7 Các tiến trình lần lượt được thực thi ở hàng đợi thứ ba 51

Hình 4 8 Các tiến trình đang chờ ở hàng đợi thứ hai 51

Hình 4 9 Đẩy tiến trình P5 lên hàng đợi thứ nhất 52

Hình 4 10 Các tiến trình đang chờ thực thi ở hàng đợi thứ ba 52

Hình 4 11 Đẩy tiến trình P2 lên hàng đợi thứ hai 53

Hình 4 12 Chương trình đang thực hiện 54

Hình 4 13 Chương trình sau khi kết thúc việc xử lý 55

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: Tiến trình thực hiện với FCFS 15

Bảng 2 2: Tiến trình thực hiện với SJF 17

Bảng 2 3: Tiến trình thực hiện với SRTF 20

Bảng 2 4: Tiến trình thực hiện với Priority Scheduling 22

Bảng 2 5: Tiến trình thực hiện với RR 24

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung

Hệ điều hành là phần gắn bó trực tiếp với phần cứng và là môi trường để cho các chương trình ứng dụng khác chạy trên nó Với chức năng quản lý và phân phối tài nguyên một cách hợp lý, đồng thời giả lập một máy tính mở rộng và tạo giao diện tiện lợi với người dùng, hệ điều hành là một thành phần then chốt không thể thiếu được trong mỗi một hệ thống máy tính điện tử

1.2 Lý do chọn đề tài

Một trong những chức năng quan trọng của hệ điều hành là quản lý CPU Trong môi trường xử lý đa chương trình, có thể xảy ra tính huống nhiều tiến trình đồng thời sẵn sàng để xử lý Mục tiêu của các hệ phân chia thời gian (time-sharing) là chuyển đổiCPU qua lại giữa các tiến trình một cách thường xuyên để nhiều người sử dụng có thể tương tác cùng lúc với từng chương trình trong quá trình lý xử

Để thực hiện được mục tiêu này, hệ điều hành phải lựa chọn tiến trình được xử lý tiếp theo Bộ điều phối sẽ sử dụng một giải thuật điều phối thích hợp để thực hiệnnhiệm vụ này Một thành phần khác của hệđiều hành cũng tiềm ẩn trong công tác điềuphối là bộ điều phối (dispatcher) Bộ phân phối sẽ chịu trách nhiệm chuyển đổi ngữ cảnh và trao CPU cho tiến trình được chọn bởi bộ điều phối để xử lý

Có nhiều loại giải thuật để lập lịch CPU, mỗi loại đều có ưu, nhược điểm riêng Vì vậy, nhóm em chọn dùng giải thuật lập lịch phản hồi đa cấp để kết hợp linh hoạt các giải thuật, tận dụng tối ưu các ưu điểm và loại bỏ các nhựơc điểm của mỗi giải thuật nhằm điều hòa các tiêu chuẩn của lập lịch,

1.3 Mục tiêu của đề tài

Lập lịch là cách tổ chức các tiến trình thực hiện một cách hợp lý, đảm bảo các tiến trình được thực hiện kịp thời Mỗi một khoảng thời gian nhất định, máy tính chỉ thực hiện một tiến trình Khi có nhiều tiến trình cần xử lý, bộ lập lịch có chức năng phân bổ, sắp xếp thứ tự các tiến trình

Một vấn đề khác đặt ra là khi có nhiều tiến trình đều mong muốn lý cùng một xửthời điểm thì nên thực hiện tiến trình nào trước, tiến trình nào sau, khi đó cần một cơ chế để điều phối các tiến trình

Giải thuật lập lịch hàng đợi phản hồi đa cấp là một giải thuật được sử dụng rất phổ biến đối với các hệ điều hành hiện nay Nhóm chúng em thực hiện mô giải thuật để quan sát và hiểu rõ hơn về cách thực hiện của giải thuật.

CHƯƠNG 2 CƠ CỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Khái niệm tiến trình

Một tiến trình được định nghĩa là một thực thể chương trình đang được chạy trong hệ thống, chiếm dụng tài nguyên của hệ thống (Thời gian sử dụng CPU, bộ nhớ,…) Ví dụ, một web server chạy trong thiết bị là một tiến trình, hoặc một chương trình soạn thảo văn bản đang chạy trong thiết bị cũng là một tiến trình.

2.1.2 Phân loại tiến trình

− Tiến trình tuần tự (MS_DOS): là các tiến trình mà điểm khởitạo của nó là điểmkết thúc của tiến trình trước đó

− Tiến trình song song (uniprocesser và multiprocessor): là các tiến trình mà điểm khởi tạo của tiến trình này mằn ở thân của các tiến trình khác, tức là có thể khởi tạo một tiến trình mới khi các tiến trình trước đó chưa kết thúc

− Thực hiện (running): là trạng thái mà tiến trình được phân phối đầy đủ mọi tài nguyên cần thiết và giờ CPU

− Đợi (waiting): là trạng thái tiến trình không thực hiện được vì thiếu một vài điều kiện nào đó (đợi dữ liệu vào/ra, đợi tài nguyên bổ sung ) Khi sự kiện mà nó chờ đợi xuất hiện, tiến trình sẽ quay lại trạng thái sẵn sàng

Như vậy, trong suốt thời gian tồn tại của mình, các tiến trình sẽ tuân thủ theo sơ đồ thực hiện sau:

Sửdụng CPU Sử dụng CPU Sử dụng CPU Bắt đầu

Đợi I/O Đợi I/OHình 2 2 Sơ đồ thực hiện tiến trình

Kết thúc

2.1.4 Khái niệm lập lịch cho CPU

Lập lịch cho CPU là cơ chế để chọn tiến trình phải được thực hiện tiếp theo và phân CPU cho bổ tiến trình đó Tác này vụ được thực hiện bởi bộ lập lịch CPU hoặc bộ lập lịch ngắn hạn Mỗi tiến trình ở trạng thái sẵn sàng được gắn một thứ tự ưu tiên dựa vào các yếu tố sau: Thời điểm hình thành tiến trình, thời gian thực hiện tiến trình, thời gian kết thúc tiến trình

Lập lịch cho CPU là cơ sở của các hệ điều hành đa chương trình Trong môi trường hệ điều hành đa nhiệm, bộ phận điều phối tiến trình có nhiệm vụ xem xét và quyết định khi nào thì dừng tiến trình hiện tại để thu hồi processsor và chuyển processor cho tiến trình khác Và khi đã có processor thì chọn tiến trình ở trạng thái sẵn sàng để cấp processor cho nó

2.1.5 Mục đích của lập lịch cho CPU Cơ chế lập lịch cần đạt được các mục tiêu sau:

− Đúng đắn, nghĩa là cơ chế lập lịchcầnphục vụ các tiến trình một cách “công bằng”, tránh tình huống có tiến trình bị rơi vào tình trạng chờ vô hạn.

− Đảm bảo khả năng thông qua lớn nhất, tức là tiến tới phục vụ số lượng tiến trình nhiều nhất có thể trong một đơn vị thời gian

− Thời gian phản ứng cần phải nhỏ nhất với tất cả các tiến trình, tối thiểu chi phí, tài nguyên hệ thống.

− Cân đối việc sử dụng tài nguyên, cần cố gắng nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên, theo đó cần ưu tiên tiến trình sử dụng tài nguyên giá thành thấp.

− Đảm bảo cân đối giữa thời gian trả và lời hiệu suất sử dụng tài nguyên Cách tốt nhất để giảm thời gian trả là có tài nguyên trữ khi có yêu cầu có thể lời đủ dự đểcấp phát ngay lập tức, nhưng điều đó cũng dẫn tới lãng phí tài nguyên − Cần quan tâm các tiến trình đang sử dụng tài nguyên quan trọng, tránh tình trạng

tiến trình có mức ưu tiên thấp chiếm tài nguyên mà tiến trình mức ưu tiên cao hơn cần Nếu tài nguyên đó là không chia sẻ thì hệ điều hành cần tạo điều kiện để tiến trình giải phóng tài nguyên nhanh nhất.

2.1.6 Các tiêu chuẩn của lập lịch

− CPU utilization: Giữ CPU bận nhiều nhất có thể Việc sử dụng CPU có thể từ 0 đến 100%

− Throughput: Nếu CPU bận thực thi các quá trình thì công việc đang được thực hiện Thước đo của công việc là số lượng tiến trình được hoàn thành trên một đơn vị thời gian gọi là thông lượng (throughput) Thông lượng càng lớn càng tốt − Turnaround time: Khoảng thời gian từ thời điểm gửi tiến trình tới khi tiến trình

❖ Điều phối preemptive: Nguyên lý này cho phép một tiến trình khi nhận được CPU sẽ có quyền độc chiếm CPU đến khi hoàn tất xử lý hoặc tự giải phóng CPU Khi đó quyết định điều phối sẻ xảy ra các trường hợp sau

• Khi một tiến trình chuyển từ trạng thái đang chạy sang trạng thái sẵn sàng (ví dụ:khi xảy ra ngắt)

• Khi một tiến trình chuyển từ trạng thái chờ sang trạng thái sẵn sàng (ví dụ: khi hoàn thành I / O)

• Khi một tiến trình chuyển từ trạng thái đang chạy sang trạng thái chờ (ví dụ: do kết quả của một yêu cầu I / O hoặc yêu cầu wait() để kết thúc một tiến trình con) • Khi một tiến trình kết thúc.

Các nguyên lý preemptive dễ cài đặt thuật toán Tuy nhiên lại không thích hợp cho hệ thống tổng quát nhiều người dùng.Vì nếu cho tiến trình thời gian chiếm giữ CPU tùy ý thì sẻ ngăn cản quá trình lý xử của các tiến trình còn lại.

❖ Điều phối nonpreemptive: Ngược với nguyên lý preemptive,điều phối theo nguyên lý nonpreemptive cho phép tạm dừng hoạt động của tiến trình đang sẵn sàng lý xửKhi một tiến trình nhận CPU nó vẫn được sử dụng CPU cho đến khi hoàn tất hoặc tựnguyện giải phóng CPU, nhưng mộttiến trình khác có độ ưu tiên cao hơn có thểdành quyền sử dụng CPU của tiến trình ban đầu Như vậy tiến trình có thể dừng hoạt động bắt cứ lúc nào mà không được báo trước để tiến trình khác xử lý Các quyết định điều phối xảy ra khi:

• Khi một tiến trình chuyển từ trạng thái đang chạy sang trạng thái chờ (ví dụ: do kết quả của một yêu cầu I / O hoặc yêu cầu wait() để kết thúc một tiến trình con) • Khi một tiến trình kết thúc.

Các thuật toán điều phối theo nguyên tắc nonpreemption ngăn cản tình trạng một tiến trình độc chiếm CPU.

2.2 Các thuật toán lập lịch

2.2.1 First-Come, First-Served (FCFS)

Giải thuật lập lịch first come, first serve (FCFS) hiểu đơn giản là: đến trước thì được phục vụ trước, tiến trình nào yêu cầu CPU trước thì sẽ được cấp phát CPU trước,tiến trình yêu cầu CPU sau thì phải đợi tiến trình hiện tại hoàn thành Với điều này, nó ứng dụng nonpreemptive mode tức là một tiến trình sẽ chiếm CPU cho- đến khi nào nó giải phóng CPU, bằng cách kết thúc hay yêu cầu nhập/xuất xảy ra

Hình 2 3 Thuật toán FCFS

- Ví dụ minh hoạ:

Ta có ba tiến trình được tuần tự đưa vào với các tên gọi là P1 P P2 3 và Burst time của chúng lần lượt là 24 3 3 Ta có các dữ liệu đầu vào cụ thể như bảng sau:

Bảng 2 1: Tiến trình thực hiện với FCFS

Process Burst time P1 24

Ứng dụng biểuđồ Gantt:

TH1 Thứ tự vào của các tiến trình là P1 P2 P3

Như vậy, xuất phát từ bên trái, ta sẽ nạp P vào để xử lý Khởi điểm, mốc thời1 gian luôn luôn mặc định bằng 0 Vì trong dữ liệu từ bảng thì P chiếm 24, tức là một1

đoạn khá lớn Sau đó, tiến trình tiếp theo sẽ được đưa vào, với burst time của P2 bằng 3, tức là trên biểu đồ Gantt, ta lấy 24 + 3 = 27 Sau khi P2 hoàn thành, nó sẽ đưa tiếp P3

vào, và P3 chiếm 3 nên trên đây, ta lấy tiếp 27 + 3 = 30 Như vậy, giản đồ đã cung cấpcho ta một cái nhìn trực quan nhằm minh họa cụ thể burst time của lần lượt các tiến trình P1 P2 P 3

Tiếp theo là xác định thời gian đợi của từng tiến trình Chúng ta có thể căn cứ vào con số bên trái của từng tiến trình trong giản đồ bên trên Như vậy: thời gian đợi lần lượt của P1 P2 P3 là 0 24 27 Bước cuối cùng của thuật toán, là xác đó định thời gian đợi trung bình của cả quá trình Ta có thời gian đợi trung bình là: (0 + 24 + 27) / 3 = 17

TH2 Thứ tự vào của các tiến trình là P2 P3 P1

Ta xác định được thời gian đợi ở lần này của từng tiến trình P2 P P3 1 sẽ là 0 3 6(căn cứ vào con số bên trái của từng tiến trình) Ta có thể xác định thời gian đợi trung bình: (0 + 3 + 6) / 3 = 3

Con số đã giảm đi rất nhiều so với ban đầu Như vậy, với thuật toán FCFS thì thời gian đợi trung bình không sẽ phải lúc nào cũng tối ưu nhất cho ta mà còn tùy thuộcvào thứ tự vào của các tiến trình

Và do thuật toán FCFS này ứng dụng nonpreemptive, nên nó sẽ đặc biệt phiền hà khi sử dụng trong những hệ thống chia sẻ thời gian Vì mỗi lần thực hiện, nó yêu cầutoàn quyền sử dụng CPU, và điều này sẽ gây nên khó dễ khăn cho hệ thống nếu có mộtngười dùng nạp quá nhiều tiến trình mà các tiến trình đó có burst time lớn trong phiên sử dụng của mình

− Ưu điểm:

• Đơn giản, dễ hiểu

• Giữ cho CPU thực hiện liên tục các tiến trình • CPU không phân bị phối lại (không bị ngắt).

• Chi phí thực hiện thấp nhất (vì không phải thay đổi thứ tự ưu tiên phục vụ, thứ tự ưu tiên là thứ tự của tiến trình trong hàng đợi).

− Nhược điểm:

• Thời gian chờ trung bình (Waiting time) cao

• Throughput CPU thấp vì FCFS chỉ xử lý được một tiến trình trong một thờigian

• Respone time và Turnaround time của các tiến trình đến sau dài phụ thuộc nhiều vào thời gian thực hiện của tiến trình đếntrước nó.

• Là một thuật toán lập lịch cho CPU sau khi tiến trình đã được cấp phát cho CPU, nó không bao sẽ giờ giải phóng CPU cho đến khi nó kết thúc quá trình thực thi

• Các tiến trình ngắn ở phía sau hàng đợi phải đợi tiến trình dài ở phía trước kết thúc

• Không phải là một kỹ thuật lý tưởng cho các hệ thống chia sẻ thời gian • Vì tính đơn giản của FCFS nên hiệu quả không cao

• Thờigian đợi không tối ưu phụ thuộc vào thứ tự của các tiến trình 2.2.2 Shortest-Job-First (SJF)

Một hướng giải quyết khác cho vấn đề điều phối tiến trình CPU là thuật toán shortest-job-first (SJF) Khi CPU được cấp, nó sẽ đưa vào tiến trình có chiều dài burst time nhỏ nhất để xử lý

Nếu trong các tiến trình cần nạp vào có 2 tiến trình giống nhau burst time, nó vềsẽ áp dụng thuật toán FCFS để giải quyết vấn đề này Lấy một ví dụ về SJF, ta có bảngcác tiến trình cần nạp vào như hình bên dưới, với quy ước các burst time của lần lượt các tiến trình cần nạp vào có đơn vị đồng nhất là milisecond

Bảng 2 2: Tiến trình thực hiện với SJF

Thuật toán SJF đã được chứng minh là sẽ cho ra thời gian chờ trung bình cho các tiến trình cần xử lý với một số con tối thiểu nhất Bằng cách chuyển cách tiến trình ngắn hơn lên trước các tiến trình tốn thời gian dài, nó đã giảm một cách đáng kể thời gian chờ cho các tiến trình ngắn, kéo theo giảm rõ rệt thời gian chờ trung bình Vấn đề khó khăn thực sự đối với giải thuật SJF này đó là việc xác định độ dài tiếp theo cần đưa vào để CPU xử lý.

Ta có thể sử dụng phương pháp trung bình hàm mũ (exponential averaging) có công thức dưới đây để dự đoán thời gian sử dụng CPU (CPU burst) với giả thiết nhữngCPU burst càng mới càng phản ánh gần hành vi của tiến trình trong tương lai:

𝑟𝑛+1 = 𝛼𝑡𝑛 + 1 ( − 𝛼)𝑟𝑛, 0 ≤ 𝛼 ≤ 1

Với tnlà dài độ của CPU burst thứ n và tn+1là giá trị dự đoán cho CPU burst tiếp theo

Hình 2 5 Dự đoán độ dài của CPU burts tiếp theo

Để hiểu hơn phương pháp trung bình hàm mũ, chúng ta có thể mởrộng công thức cho

Với SJF, thuật toán này đồng thời có thể ở trạng thái preemptive hoặcnonpreemptive Sự chọn lựa xảy ra khi có một tiến trình mới được đưa vào danh sáchsẵn sàng trong khi một tiến trình khác đang xử lý Tiến trình mới có thể sỡ hữu một yêu cầu thời gian sử dụng CPU cho lần tiếp theo (CPU-burst) ngắn hơn thời gian còn lại mà tiến trình hiện hành cần xử lý Giải thuật nonpreemptive SJF sẽ dừng hoạt động của tiếntrình hiện hành, trong khi giải thuật preemptive sẽ cho phép tiến trình hiện hành tiếp tụcxử lý

− Ưu điểm:

• Thời gian chờ đợi trung bình (Waiting time) ưu tối nhất so với các giải thuật còn lại.

• Thờigian xử lý của các tiến trình có thời gian xử lý nhỏ thấp

• SJF thường được sử dụng trong một hệ thống hàng loạt để lập lịch trình dài hạn

• Cung cấp thông lượng (Throughput) tối đa trong hầu hết các trường hợp.• Đối với lập lịch ngắn hạn, chúng ta cần dự đoán giá trị của burst time tiếp theo

• Yêu cầu kiến thức về thời gian một quy trình hoặc công việc sẽ chạy • Tiến trình có thời gian thực thi dài có thể bị trì hoãn vô hạn định nếu các tiến

trình có thời gian thực thi ngắn liên tục vào

• Không thích hợp cho môi trường time-sharing khi không dùng preemption (Các tiến trình CPU bound có “độ ưu tiên” thấp, nhưng một tiến trình không thực hiện I/O có thể độc chiếm CPU nếu nó là tiến trình đầu tiên vào hệ thống) 2.2.3 Shortest Remain Time First (SRTF)

Giải thuật preemtive SJF còn được gọi là giải thuật Shortest-remaining-time- first Tương tự như SJF nhưng trong thuật toán này, độ ưu tiên thực hiện các tiến trình dựa vào thời gian cần thiết để thực hiện nốt tiến trình(bằng tổng thời gian trừ đi thời gian đã thực hiện) Như vậy, trong thuật toán này cần phải thường xuyên cập nhật thông tin về thời gian đã thực hiện của tiến trình Đồng thời, chế phân độ bổ lại giờ CPU cũngphải được áp dụng nếu không sẽ làm mất tính ưu việc của thuật toán Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, chúng em đưa ra ví bên dụ dưới:

Bảng 2 3: Tiến trình thực hiện với SRTF

Giản đồ Gantt thể hiện kết quả của thuật toán SJF với cơ chế preemptive nhưsau:

Ta thấy trong hình, P được bắt đầu ở giây thứ 0, và quan sát dữ liệu đầu vào, ta1

thấy nó đồng thời cũng là tiến trình duy nhất vào đầu tiên Tiến trình P2 tiến vào ở giây thứ 1 Thời gian đợi cho P là 7 ms, lớn hơn nhiều so với P1 2 (P2 chỉ chiếm 4 ms) Suyrộng ra, ta có tổng thời gian chờ cho ví dụ này là [(10-1) + (1-1) + (17-2) + (5- 3)]/4=26/4=6.5 ms

− Ưu điểm:

• Thời gian chờ đợi (Waiting time), tồn tại trong hệ thống của mỗi tiến trình đều ngắn

• CPU đạt thông lượng (Throughput) cao

• Tránh được một tiến trình thời gian thực hiện lớn độc chiếm CPU • Thờigian xử lý của tiến trình có thời gian nhỏ thấp

− Nhược điểm:

• Việc cài đặt thuật toán khá phức tạp

• Cần quản lý chặt chẽ việc điềuphối các tiến trình

• Trong việc tính toán thời gian thực hiện còn lại của tiến trình • Thờigian đợi các tiến trình có thời gian lý dài rất xử lớn.2.2.4 Highest response Ratio Next (HRN)

Nguyên tắc Highest response Ratio Next (HRN) dùng để khắc phục một số nhược điểm trong nguyên tắc SJF, đặc biệt sự quá ưu tiên các bài toán có thời gian thực

hiện ngắn HRN là nguyên tắc không hoán đổi và mức ưu tiên động, theo đó mức ưu tiên của tiến trình phụ thuộc không chỉ thời gian cần thực hiện nó mà còn cả thời gian nó phải chờ được phục vụ.

Công thức tính toán như sau: p = (tw + ts)/ts Trong đó:

• tw thời gian chờ.• ts thời gian thực thi

Dễ thấy mức ưu tiên càng cao khi thời gian thực hiện càng ngắn hoặc khi thời gian chờ càng lớn.

2.2.5 Priority Scheduling

Thuật toán SJF là một trường hợp đặc biệt của thuật toán lập lịch ưu tiên chung Một mức độ ưu tiên được liên kết với mỗi quá trình và CPU được phân bổ cho quá trình có mức độ ưu tiên cao nhất Các tiến trình ưu tiên bằng nhau được lên lịch theo thứ tự FCFS Thuật toán SJF chỉ đơn giản là một thuật toán tiên trong ưu đó mức độ ưu tiên (p) là nghịch đảo của CPU burst tiếp theo CPU burst càng lớn thì mức độ ưu tiên càng thấp và ngược lại.

Lưu ý rằng mức độ ưu tiên thường được biểu thị bằng một số dải số cố định, chẳng hạn như đến hoặc 0 7 0 đến 4,095 Tuy nhiên, không có thỏa thuận chung nào vềviệc 0 là tiên cao ưu nhất hay thấp nhất Một số tài liệu sử dụng số thấp để biểu thị mức độ ưu tiên thấp; một số khác sử dụng số thấp cho mức độ ưu tiên cao Trong báo cáo, chúng em giả định rằng các số thấp hơn thể hiện mức độ ưu tiên cao hơn.

Ví dụ, hãy xem xét tập hợp các tiến trình sau, được giả định là đã đến tại thời điểm 0 theo thứ tự P1, P2, ···, P5, với thời lượng CPU burst được tính bằng mili giây:

Bảng 2 4: Tiến trình thực hiện với Priority Scheduling

Process Arrival Time Burst Time