Bài giảng Bài 3: Lập lịch

Bài giảng Bài 3: Lập lịch thông qua bài giảng này người học sẽ nắm được các kiến thức về tiêu chuẩn lập lịch; mức ưu tiên; các giải thuật lập lịch; đa xử lý; các mô hình kết nối – thiếu; hệ điều hành trong hệ thống đa xử lý.

Bài 3: Lập lịch p BÀI 3: LẬP LỊCH Nội dung       Mục tiêu    Nắm kiến thức liên quan đến mục tiêu việc lập lịch Biết thuật tốn lập lịch Trình bày thuật toán lập lịch IT101_Bai 3_v1.0010110225 Tiêu chuẩn lập lịch Mức ưu tiên Các giải thuật lập lịch Đa xử lý Các mơ hình kết nối – thiếu Hệ điều hành hệ thống đa xử lý Thời lượng học  tiết 57 Bài 3: Lập lịch TÌNH HUỐNG DẪN NHẬP Tình Trong máy tính, ta chạy đồng thời lúc nhiều ứng dụng như:  Nghe nhạc, xem phim  Chương trình Word, PowerPoint  Xem đồng hồ  Xem lịch  Vào Internet  … Câu hỏi Như ta biết thời điểm, xử lý máy tính phục vụ ứng dụng Vậy lúc ta chạy xem nhiều ứng dụng vậy, chế máy tính giúp ta làm điều đó? 58 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch 3.1 Tiêu chuẩn lập lịch Các mức lập lịch: Có thể chia thành mức lập lịch khác nhau:  Lập lịch mức cao  Lập lịch mức  Lập lịch mức thấp Lập lịch mức cao, hay lập lịch cho task: công cụ mức xác định tốn (chương trình) đưa vào hệ thống, nghĩa tạo tiến trình tương ứng với chương trình Lập lịch mức giữa: mức xác định tiến trình sử dụng xử lý Bộ lập lịch mức phản ứng với thay đổi hệ thống Nó dừng kích hoạt tiến trình để đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường, đạt thơng số kỹ thuật đề Lập lịch mức thấp: công cụ mức xác định Ready Process quyền sử dụng xử lý, thường gọi Dispacher Lập lịch mức cao New Lập lịch mức cao Lập lịch mức Suspended Ready Đường gạch rời: chuyển đổi khơng thiết có Lập lịch mức thấp Running Lập lịch mức thấp Suspended Blocked Blocked Terminated Các mục tiêu việc lập lịch: Cơ chế lập lịch cần đạt mục tiêu sau:  Đúng đắn, nghĩa chế lập lịch cần phục vụ tiến trình “cơng bằng”, tránh tình có tiến trình bị rơi vào tình trạng chờ vơ hạn  Đảm bảo khả thông qua lớn nhất, tức tiến tới phục vụ số lượng tiến trình nhiều đơn vị thời gian  Thời gian phản ứng chấp nhận với tất tiến trình tối thiểu chi phí, tài ngun hệ thống  Cân đối việc sử dụng tài nguyên, cần cố gắng nâng cao hiệu suất sử dụng tài ngun, theo cần ưu tiên tiến trình sử dụng tài nguyên giá thành thấp  Đảm bảo cân đối thời gian trả lời hiệu suất sử dụng tài nguyên Cách tốt để giảm thời gian trả lời có đủ tài nguyên dự trữ để có yêu cầu cấp phát lập tức, điều dẫn tới lãng phí tài ngun IT101_Bai 3_v1.0010110225 59 Bài 3: Lập lịch  Ngăn ngừa tình chờ vơ hạn  Cần quan tâm tiến trình 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 cần Nếu tài ngun khơng chia sẻ hệ điều hành cần tạo điều kiện để tiến trình giải phóng tài nguyên nhanh Chúng ta thấy nhiều yêu cầu, mục tiêu trái ngược nhau, việc lập lịch cho tiến trình tốn phức tạp Tiêu chuẩn lập lịch Để đạt mục tiêu trên, chế lập lịch cần ý yếu tố sau:  Tiến trình có thực u cầu thao tác I/O khơng?  Tiến trình có sử dụng xử lý hết lượng tử thời gian (Quantum) hay không?  Yêu cầu thời gian trả lời hệ thống cần đạt  Mức ưu tiên tiến trình  Tần suất ngắt Missing Page Fault  Thời gian tổng cộng tiến trình sử dụng xử lý 3.2 Mức ưu tiên Trong hệ thống, nói chung tiến trình có vai trị quan trọng khác Mức độ quan trọng tiến trình thể qua mức ưu tiên (Priority) Mức ưu tiên tiến trình gán hệ điều hành, phụ thuộc kiến trúc hệ điều hành mà mức ưu tiên động tĩnh, gán theo tiêu chuẩn xác định ngẫu nhiên (trong trường hợp hệ điều hành khơng phân biệt tiến trình cần mức ưu tiên cao hơn) Trong hệ thống sử dụng mức ưu tiên tĩnh, mức ưu tiên tiến trình gán tạo khơng thay đổi suốt trình tồn tiến trình Sơ đồ mức ưu tiên tĩnh dễ dàng thiết kế cài đặt Tuy nhiên chúng khơng có khả điều chỉnh để phù hợp với thay đổi môi trường Ngày hệ điều hành sử dụng sơ đồ mức ưu tiên động Theo mức ưu tiên tiến trình thay đổi khác với mức ưu tiên khởi tạo ban đầu Cơ chế cho phép hệ thống thích nghi với thay đổi môi trường để đạt tiêu tốt hơn, nhiên khó khăn xây dựng cài đặt Khoảng lượng tử thời gian, ngắt thời gian Như ta biết, tiến trình thực hoạt động sử dụng xử lý Nếu tiến trình tiến trình hệ thống lúc hệ điều hành thực hoạt động Để tránh tình trạng độc quyền chiếm giữ xử lý, hệ điều hành có chế cho phép lấy lại quyền kiểm soát xử lý 60 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch Hệ điều hành thiết lập đồng hồ hệ thống, xác định khoảng thời gian gọi lượng tử thời gian, theo sinh tín hiệu ngắt thời gian Khi xử lý chuyển sang phục vụ tiến trình Như thế, tiến trình chiếm xử lý đến tự giải phóng có ngắt Khi xử lý giải phóng, hệ điều hành xác định tiến trình chiếm xử lý Ngắt thời gian giúp hệ thống đảm bảo thời gian trả lời chấp nhận với tất tiến trình, tránh tình trạng chờ vơ hạn, đồng thời cho phép hệ thống phản ứng với kiện phụ thuộc thời gian 3.3 Các giải thuật lập lịch 3.3.1 Lập lịch theo thời gian kết thúc Khi áp dụng giải thuật này, hệ thống sử dụng tất khả có để ứng dụng kết thúc thời hạn định trước Ví dụ, trường hợp điều khiển tên lửa, kết tính tốn có ý nghĩa trước thời điểm Lập lịch theo chế vấp phải khó khăn:  Người dùng cần rõ tài nguyên cần thiết phục vụ cho ứng dụng điều dễ dàng thực  Hệ thống mặt phải thực ứng dụng hạn, mặt khác không làm ảnh hưởng “quá nhiều” đến ứng dụng khác  Rất xảy việc tranh chấp tài nguyên ứng dụng  Nếu đồng thời có nhiều yêu cầu kết thúc ứng dụng thời hạn vấn đề lập lịch phức tạp  Việc phức tạp lập lịch thường kéo theo chi phí tài nguyên lớn làm ảnh hưởng đến hệ thống 3.3.2 Lập lịch theo nguyên tắc FIFO Có lẽ nguyên tắc lập lịch đơn giản Theo xử lý phục vụ tiến trình theo thứ tự danh sách Ready Process Bộ xử lý FIFO Kết thúc Sau tiến trình quyền sử dụng xử lý, thực đến kết thúc Ngun tắc FIFO khơng hốn đổi, nghĩa xử lý khơng thực phục vụ quay vịng Ready Process mà phục vụ tiến trình đến kết thúc Ngun tắc FIFO có tính xác định cao, dự đốn tương đối xác thời gian thực toán Tuy nhiên khơng hốn đổi nên dễ xảy trường hợp tiến trình quan trọng phải chờ tiến trình khác đứng trước danh sách kết thúc thực Vì nguyên tắc không áp dụng đơn mà thường kết hợp với phương pháp khác biện pháp tổ hợp 3.3.3 Nguyên tắc quay vòng (Round robin-RR) Trong nguyên tắc này, việc điều hành thực tiến trình thực theo ngun tắc FIFO có hốn đổi, nghĩa tiến trình lần sử dụng xử IT101_Bai 3_v1.0010110225 61 Bài 3: Lập lịch lý không vượt khoảng thời gian lượng tử (Quantum) Nếu khơng tự giải phóng xử lý sau khoảng thời gian hệ điều hành lấy lại quyền điều khiển xử lý chuyển sang phục vụ tiến trình danh sách tiến trình bị tước quyền đưa vào cuối danh sách Bộ xử lý Kết thúc Hết thời gian lượng tử Ngun tắc quay vịng có hiệu hệ thống phân chia thời gian cần đảm bảo thời gian trả lời chấp nhận với tất tiến trình Chi phí tài ngun giảm xuống nhờ chế chuyển ngữ cảnh dung lượng nhớ đủ lớn để đồng thời nạp nhiều ứng dụng 3.3.4 Giá trị lượng tử Trong nguyên tắc RR trên, việc xác định giá trị lượng tử có ảnh hưởng đến số hoạt động hệ thống Giá trị lớn hay nhỏ? cố định hay thay đổi? Với tiến trình, có giá trị hay khác nhau? Nếu giá trị q lớn lớn thời gian thực ứng dụng, nghĩa trở thành nguyên tắc FIFO Và không đảm bảo đa nhiệm tốt Cịn giá trị q nhỏ chi phí cho việc chuyển đổi ngữ cảnh chiếm phần lớn thời gian lực tính toán hệ thống, số hoạt động hệ thống thấp Quan hệ giá trị lượng tử hiệu suất hệ thống biểu diễn qua đồ thị sau: Process allocated time quantum Interaction complete Time Time quantum greater than typical interaction Response time s q-s Quantum q Process allocated time quantum Process allocated time quantum Process preempted Interaction complete Time quantum less than typical interaction q Other processes run s Có thể thấy giá trị tối ưu cố định, thay đổi theo hệ thống theo tải hệ thống, khác với tiến trình 3.3.5 Lập lịch theo nguyên tắc SJF (Shortes Job First) Nguyên tắc SJF nguyên tắc không hốn đổi, theo tốn có thời gian thực ngắn theo dự đoán thực trước Nguyên tắc ưu tiên toán nhỏ, nói chung việc tạo điều kiện cho toán nhỏ thực kết thúc dễ dàng Từ hàng đợi tốn giảm nhanh chóng Tuy nhiên, ngun tắc khơng tính đến mức ưu tiên, độ quan trọng toán 62 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch Theo nguyên tắc tốn nhỏ thực trước hàng đợi nhanh chóng giảm thời gian chờ trung bình giảm Tuy nhiên, việc xác định xác thời gian thực tốn việc khó khăn nhiều trường hợp khơng thể dự đốn xác 3.3.6 Lập lịch theo nguyên tắc SRT Nguyên tắc SRT tương tự nguyên tắc SJF, SRT có hốn đổi Theo ngun tắc này, tiến trình đánh giá có khoảng thời gian cịn lại đến kết thúc ngắn tiến trình tạo ưu tiên Tiến trình đưa vào thực chạy đến kết thúc, có tiến trình đưa vào hệ thống mà có thời gian hoạt động nhỏ thời gian cịn lại tiến trình thực Để thực nguyên tắc này, lại gặp phải vấn đề dự đốn xác thời gian cịn lại tiến trình Ngun tắc địi hỏi chi phí tính tốn lớn so với ngun tắc SJF Cơ chế SRT địi hỏi ln phải theo dõi thời gian thực tốn để xử lý tình ngắt Các tiến trình ngắn nói chung thực thi Trong đó, tiến trình thực thi lâu phải chờ lâu thời gian trung bình so với chế SJF Theo nguyên tắc SRT, hệ thống cần ghi lại thời gian thực tiến trình điều làm tăng chi phí tính tốn Về lý thuyết, ngun tắc SRT đảm bảo thời gian chờ cực tiểu, nhiên thao tác chuyển đổi ngữ cảnh mà điều khơng phải ln Giả sử tiến trình thực đến lúc gần kết thúc xuất tiến trình có thời gian thực ngắn Câu hỏi đặt có ngắt tiến trình thực hay khơng? thời gian thực thao tác chuyển đổi ngữ cảnh lớn thân thời gian thực tiến trình Để khắc phục nhược điểm này, số hệ thống người ta đặt ngưỡng thời gian, theo thời gian thực tiến trình nhỏ ngưỡng khơng thực thao tác chuyển đổi ngữ cảnh Một trường hợp khác cần để ý, tốn xuất có thời gian thực dự đốn xấp xỉ thời gian cịn lại tốn tại, thực chuyển đổi ngữ cảnh chi phí lớn lợi ích thu Chúng ta phân tích trường hợp với mục đích cho thấy thiết kế hệ thống cần phải xem xét kỹ hiệu thu với chi phí bỏ 3.3.7 Lập lịch theo nguyên tắc HRN Brinch Hansen đề xuất nguyên tắc HRN (Highest response Ratio Next) để khắc phục số nhược điểm nguyên tắc SJF, đặc biệt ưu tiên tốn có thời gian thực ngắn HRN ngun tắc khơng hốn đổi mức ưu tiên động, theo mức ưu tiên tiến trình phụ thuộc khơng thời gian cần thực mà cịn thời gian phải chờ phục vụ Cơng thức tính tốn sau: p = (tw + ts)/ts đó:  tw thời gian chờ,  ts thời gian thực thi Dễ thấy mức ưu tiên cao thời gian thực ngắn thời gian chờ lớn IT101_Bai 3_v1.0010110225 63 Bài 3: Lập lịch 3.3.8 Hàng đợi nhiều mức với mối liên hệ ngược (Call Back) Khi tiến trình chiếm xử lý, nói chung ta khó dự đốn trước hành vi nó, thời gian cần xử lý Tiến trình cần xử lý khoảng thời gian ngắn thực yêu cầu vào/ra, cần xử lý tính tốn khoảng thời gian dài hệ điều hành không lấy lại quyền điều khiển Do chế lập lịch cần:  Chú ý đến toán ngắn  Chú ý toán thường thực thao tác vào/ra để sử dụng thiết bị vào/ra hiệu  Nhanh chóng xác định đặc điểm tốn để lập lịch tối ưu Cơ chế hàng đợi nhiều mức với mối liên hệ ngược (hình 3.3.8) chế cho phép đạt yêu cầu Khi tiến trình khởi tạo, đưa vào cuối hàng đợi mức Nó dần dịch chuyển lên phía đầu hàng đợi tiến trình khác sử dụng xử lý Khi tiến trình chiếm xử lý kết thúc, thực yêu cầu vào/ra, hết thời gian lượng tử có ngắt,… xử lý giải phóng đến tiến trình hàng đợi sử dụng xử lý q1 q2 Processor qn Hình 3.3.8 Nếu tiến trình chưa kết thúc hết thời gian lượng tử, bị tước quyền sử dụng xử lý đưa vào cuối hàng đợi mức thấp Nếu thực u cầu vào/ra chuyển xuống cuối hàng đợi mức Nó quyền sử dụng xử lý chuyển dịch đến đầu hàng đợi khơng cịn tiến trình hàng đợi mức Thường hệ thống có vài hàng đợi mức thấp nhất, hoạt động theo ngun tắc quay vịng, theo tiến trình thực quay vịng đến kết thúc Trong nhiều hệ thống, người ta thiết kế để lượng tử hàng đợi mức thấp có giá trị lớn Nhờ tiến trình chờ lâu chiếm xử lý lâu Tiến trình đầu hàng đợi chiếm xử lý tất hàng đợi mức rỗng Việc thực tiến trình bị ngắt xuất tiến trình thuộc hàng đợi mức Đến ta phân tích nguyên tắc này, đối chiếu với yêu cầu Cơ chế cần ưu tiên tiến trình thường xuyên thực thao tác vào/ra để đảm bảo hiệu suất sử 64 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch dụng thiết bị thời gian trả lời yêu cầu ngắn Lượng tử chọn đủ để tiến trình thực xong tính tốn u cầu thao tác vào/ra trước kết thúc lượng tử tiến trình đưa vào cuối hàng đợi gán mức ưu tiên cao Tiến trình nhanh chóng dịch chuyển lên đầu hàng đợi mức phục vụ Cịn với tiến trình thực tính tốn nhiều, tiến trình đưa vào hàng đợi mức Tiến trình nhanh chóng dịch chuyển lên đầu hàng đợi phục vụ Sau kết thúc lượng tử, đưa vào hàng đợi mức với mức ưu tiên thấp Như chế ưu tiên tiến trình thường thực thao tác vào/ra Sau đó, khơng cịn tiến trình hàng đợi mức trên, tiến trình phục vụ lần kết thúc lượng tử, chuyển xuống hàng đợi mức thấp Cuối chuyển xuống hàng đợi thấp phục vụ quay vòng đến kết thúc Cơ chế hàng đợi nhiều mức với liên hệ ngược chế tốt cho phép phân tách tiến trình theo thời gian sử dụng xử lý Hệ thống ghi lại mức hàng đợi tiến trình, tiến trình đưa ngược lại hàng đợi, đưa vào hàng đợi mức Ta thấy tiến trình nằm hàng đợi mức thấp hệ thống khơng thể phản ứng với thay đổi hành vi tiến trình ví dụ tiến trình chuyển từ pha tính tốn sang pha thực thao tác vào/ra Vấn đề giải hệ thống ghi lại thời gian lần tiến trình chiếm xử lý, nhờ chuyển pha, hệ thống nhanh chóng phát kiện đưa tiến trình vào hàng đợi thích hợp Hoặc dùng phương án khác, theo tiến trình tự giải phóng xử lý trước hết lượng tử, hệ thống lại tăng mức ưu tiên cho tiến trình Cơ chế chế thích nghi – phản ứng với thay đổi hành vi tiến trình Thơng thường chế thích nghi địi hỏi chi phí lớn hơn, giúp hệ thống linh động hơn, tự điều chỉnh hoạt động lợi ích đạt nói chung cân với chi phí 3.4 Đa xử lý Giới thiệu: hướng phát triển kỹ thuật tính tốn việc phổ biến hệ đa xử lý, tức hệ thống có nhiều xử lý Các kiến trúc đa xử lý xuất từ lâu đến thời gian gần trở nên phổ biến Đa xử lý cho phép xây dựng hệ thống chứa hàng chục, chí hàng trăm xử lý, đạt tốc độ cao với chi phí thấp 3.5 Các ưu điểm hệ đa xử lý 3.5.1 Tínhs ổn định, sẵn sàng Một ưu hệ đa xử lý tính sẵn sàng Trong trường hợp có xử lý gặp cố, hệ thống tiếp tục hoạt động Để thực điều đó, xử lý gặp cố cần thơng báo cho xử lý khác tình trạng cố để chuyển giao công việc Hệ điều hành cần biết tình trạng xử lý để xác định lại tài nguyên, điều chỉnh hoạt động hệ thống 3.5.2 Tính song song Một mục đích quan trọng hệ đa xử lý tăng tốc độ tính tốn Tuy nhiên, phần lớn chương trình thiết kế để hoạt động Điều số nguyên nhân:  Con người nói chung suy nghĩ IT101_Bai 3_v1.0010110225 65 Bài 3: Lập lịch  Trong ngơn ngữ khơng có cơng cụ thuận lợi để mơ tả tính song song có ngơn ngữ lập trình hỗ trợ song song ADA  Bản thân hệ đa xử lý khơng áp dụng tính song song để thiết kế  Việc kiểm tra tính đắn chương trình song song phức tạp so với 3.5.3 Mục tiêu hệ đa xử lý Nhờ việc áp dụng đa xử lý, xây dựng hệ thống tốc độ cao với chi phí thấp Các hệ đa xử lý có tính ổn định sẵn sàng cao Các hệ đa xử lý có tính mềm dẻo, cho phép thay thế, mở rộng hệ thống dễ dàng 3.5.4 Tính tốn song song tự động Các hệ thống đa xử lý cho phép tính tốn song song, nhiên phần lớn chương trình thiết kế cho thực Việc xác định tính tốn song song người lập trình, trình biên dịch hay hệ điều hành xác định vấn đề phức tạp Tính tốn song song người lập trình ra, ví dụ với lệnh tính tốn song song Tuy nhiên việc tính tốn tường minh cơng việc phức tạp khó khăn người lập trình cịn phải xử lý vấn đề nghiệp vụ, dễ xảy lỗi (ví dụ đoạn khơng tính song song tính song song bỏ sót trường hợp tính tốn phức tạp) Việc phân tích xử lý song song giải nhờ việc xác định tự động tính tốn chạy song song Việc xác định trình biên dịch hay hệ điều hành hay phần cứng đảm nhiệm 3.5.5 Phân bố vòng lặp Trong chương trình, nhiều đoạn mã thực vòng lặp Nhiều trường hợp đoạn mã thân vịng lặp độc lập tính tốn song song Ví dụ: for i:= to 10 G[i]:= b[i] + c[i] Giảm độ cao tính tốn Trong trường hợp tính tốn tuần tự, ta phải tính cho lần lặp: G[1]:= b[1] + c[1] G[2]:= b[2] + c[2] G[10]:= b[10] + c[10] Trong hệ đa xử lý, phép toán thực song song nhiều xử lý, nhờ giảm thời gian tính tốn Trình biên dịch biên dịch thành lệnh tính toán song song: Parbegin G[1]:= b[1] + c[1] G[2]:= b[2] + c[2] G[10]:= b[10] + c[10] Parend Phương án gọi phân bố lại vòng lặp Việc áp dụng tiếp cận tương đối dễ dàng 66 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch 3.5.6 Giảm độ cao tính tốn Sử dụng tính chất kết hợp, phân phối, bắc cầu, … số học, trình biên dịch xử lý tính tốn song song biểu thức sinh mã lệnh tương ứng Thông thường, trình biên dịch cần thực phân tích cú pháp theo quy tắc ưu tiên phép toán, từ sinh mã lệnh thực thi Tuy nhiên, khơng thiết phải thực theo thứ tự bước Ví dụ 1: Các phép cộng có tính giao hốn:p*q=q*p, sử dụng tính chất giao hốn, kết hợp, phân phối, trình biên dịch thay đổi thứ tự tính tốn biểu thức thích hợp cho tính tốn song song Ví dụ 2: Trong ví dụ tiếp theo, ta thấy trình biên dịch xử lý biểu thức trường hợp thông thường biên dịch cho hệ thống tính tốn song song ((p + q) + r) + s (p + q) + (r + s) + + + + s + r p p + q r s q Áp dụng tính chất kết hợp biến đổi biểu thức ((p + q) + r) + s = (p + q) + (r + s) dạng thích hợp cho tính tốn song song Biểu thức ban đầu biểu diễn cú pháp có độ sâu tương ứng với biểu thức biến đổi (bên phải) có độ sâu thực nhanh hệ đa xử lý 3.6 Các mơ hình kết nối Một vấn đề thiết kế hệ đa xử lý phương án kết nối xử lý, module nhớ, kênh vào/ra Nói chung, hệ đa xử lý đặc trưng yếu tố:  Có từ xử lý  Tất xử lý truy cập nhớ chung  Tất xử lý truy cập kênh vào/ra  Hệ thống làm việc điều khiển hệ điều hành 3.6.1 Đường truyền chung Tổ chức đường truyền chung sử dụng kênh kết nối để kết nối cấu thành hệ thống (bộ xử lý, module nhớ, ) Trong sơ đồ này, đường truyền chung đóng vai trị thiết bị thụ động, tác vụ trao đổi thông tin cấu thành thực điều khiển giao tiếp với đường truyền IT101_Bai 3_v1.0010110225 67 Bài 3: Lập lịch Bộ xử lý Bộ xử lý Bus Bộ nhớ Bộ nhớ Cơ chế hoạt động thường dùng tương tự CSMA/CD Theo đó, trước truyền liệu xử lý cần kiểm tra xem đường truyền có trống/rỗi khơng cấu thành nhận sẵn sàng chưa, sau truyền liệu Cấu thành nhận cần xác nhận việc nhận liệu Kiến trúc đường truyền cho phép dễ dàng gắn kết thêm cấu thành cách nối chúng với đường truyền Nhược điểm hệ thống với đường truyền:  Nếu đường truyền gặp cố ảnh hưởng đến hệ thống  Tốc độ truyền hệ thống thường bị nghẽn đường truyền  Các xung đột xảy đường truyền số lượng yêu cầu tác vụ truyền lớn dẫn đến giảm đáng kể hiệu suất đường truyền 3.6.2 Ma trận chuyển mạch Trong mô hình đường truyền chung, tăng số đường truyền lên số module nhớ ta có mơ hình ma trận chuyển mạch Trong mơ hình này, đồng thời diễn tác vụ truy cập nhớ mà không bị ảnh hưởng lẫn Bộ nhớ Bộ nhớ Bộ xử lý I/O Bộ xử lý I/O Thiết kế theo mơ hình ma trận chuyển mạch phức tạp Ví dụ, chuyển mạch cần phải giải vấn đề xung đột có nhiều yêu cầu truy cập đến module nhớ Việc có nhiều đường truyền cho phép tốc độ đường truyền tính sẵn sàng cao 68 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch 3.7 Hệ điều hành hệ thống đa xử lý Hệ điều hành đa nhiệm hệ điều hành đa xử lý có nhiều tính tương tự Dựa kiến trúc phần cứng, chia thành loại sau:  Hệ điều hành bất đối xứng (chính-phụ)  Hệ điều hành độc lập xử lý  Hệ điều hành đa xử lý đối xứng 3.7.1 Hệ điều hành bất đối xứng (chính-phụ) Có thể nói mơ hình dễ cài đặt nhất, mở rộng từ hệ thống đa nhiệm Trong mơ hình này, hệ điều hành (các tiến trình nó) thực thi xử lý Trên xử lý khác thực thi tiến trình ứng dụng Khi ứng dụng cần gọi dịch vụ hệ điều hành, gửi tín hiệu ngắt chờ xử lý xử lý Việc giải loại trừ tương đối đơn giản tiến trình hệ điều hành thực thi xử lý Mô hình có tính sẵn sàng thấp so với mơ hình khác xử lý găp cố hệ thống khơng vận hành Bộ xử lý Bộ nhớ Bộ xử lý phụ I/O 3.7.2 Hệ điều hành độc lập xử lý Theo mơ hình này, xử lý có hệ điều hành riêng, hệ điều hành phục vụ tiến trình ứng dụng chạy xử lý Với thông tin chung hệ thống (ví dụ danh sách tiến trình, ) cần có chế điều khiển truy cập chặt chẽ, tính đến loại trừ Mức an tồn mơ hình cao so với mơ hình bất đối xứng Một xử lý gặp cố kéo theo cố hệ thống Mỗi xử lý quản lý tài nguyên riêng kênh vào (I/O), module nhớ, máy tính có xử lý 3.7.3 Hệ thống đa xử lý đối xứng Hệ đa xử lý đối xứng (Symmetric Multi Processsing – SMP) mơ hình phức tạp có hiệu cao Trong mơ hình này, tất xử lý giống có vai trị Hệ điều hành quản lý lập lịch cho nhiều xử lý Các chương trình thực thi đồng thời nhiều xử lý, cần xử lý tình loại trừ Nhờ đa xử lý đối xứng, hệ thống thực cân tải tốt mơ hình khác Trong mơ hình này, việc xử lý xung đột có vai trị quan trọng Thường xung đột xử lý truy cập module nhớ giải thiết bị phần cứng, xung đột tiến trình truy cập thơng tin hệ thống thường giải chương trình Các tiến trình hệ điều hành thực nhiều xử lý Mơ hình đa xử lý đối xứng cho phép sử dụng tài nguyên hiệu hơn, dễ dàng phân tải xử lý IT101_Bai 3_v1.0010110225 69 Bài 3: Lập lịch TÓM LƯỢC CUỐI BÀI Các bạn học lập lịch hệ thống Ta cần ghi nhớ vấn đề sau:  Mục tiêu lập lịch  Tiêu chuẩn để lập lịch  Tiêu chuẩn đánh giá  Các giải thuật lập lịch: o Định thời hạn chót o FIFO o SJF o SRT o RR o HRN o Hàng đa mức hồi quy Giải tập tìm hiểu mơ tả tốn lập lịch 70 IT101_Bai 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch CÂU HỎI TỰ LUẬN Câu Một hệ thống có tiến trình với thời điểm đến thời gian sử dụng CPU sau: Tiến trình Thời điểm đến (ms) CPU-Burst (ms) P1 3 P2 10 20 P3 24 14 Dùng thuật giải Round - Robin với thời lượng 10 ms để điều phối CPU: a) Thể biểu đồ Gantt b) Tính thời gian chờ trung bình tiến trình Câu Xét tập hợp tiến trình đến thời điểm 0, với chiều dài thời gian CPU Burst tính ms: Process Burst time Priority P1 10 P2 1 P3 P4 P5 Các tiến trình giả định đến theo thứ tự P1, P2, P3, P4, P5 a) Vẽ biểu đồ Gantt minh họa việc thực thi tiến trình sử dụng chế lập lịch FCFS, SJF, chế định thời không trưng dụng (Non-Preemptive Priority), RR (quantum=1) b) Thời gian hồn thành tiến trình ứng với giải thuật bao nhiêu? c) Thời gian chờ cho tiến trình ứng với giải thuật bao nhiêu? d) Từ kết trên, giải thuật cho thời gian chờ trung bình nhỏ Câu Xét hệ thống chạy 10 thao tác hướng nhập/xuất thao tác hướng xử lý Giả sử thao tác hướng nhập xuất gồm: toán tử vào/ra cho ms tính tốn CPU tốn tử vào cần 10ms để hoàn thành Và giả sử chuyển đổi ngữ cảnh lúc ban đầu 0.1ms tất trình thao tác thực thi dài Việc sử dụng CPU với phương pháp lập lịch RR khi: a) Thời gian lượng tử 1ms b) Thời gian lượng tử 10ms? Câu Một hệ thống có tiến trình: Tiến trình Thời điểm đến(ms) Burst time(ms) P1 P2 P3 P4 a) Vẽ biểu đồ Gantt định thời theo SJF b) Thời gian đợi trung bình bao nhiêu? IT101_Bai 3_v1.0010110225 71 Bài 3: Lập lịch Câu Giả sử tiến trình đến theo thứ tự P1, P2, P3: Tiến trình Burst time (ms) P1 24 P2 P3 a) Vẽ biểu đồ Gantt cho giải thuật lập lịch theo nguyên tắc FIFO? b) Thời gian đợi cho tiến trình bao nhiêu? c) Thời gian trung bình bao nhiêu? BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Khi hệ thống phải truy xuất liệu khối lượng lớn thuật tốn lập lịch sau hiệu quả? a) FCFS b) SCAN c) C-SCAN d) Cả đáp án a, b, c Khi hệ thống phải truy xuất liệu có số khối liên tục thuật tốn lập lịch sau hiệu nhất? a) FCFS b) SSTF c) SCAN d) C - SCAN Cần đọc khối sau: 98, 183, 37, 122, 14, 122, 65, 67 đầu đọc vị trí 53, dùng thuật tốn lập lịch FCFS đầu đọc qua khối có thứ tự sau đây? a) 53, 37, 14, 65, 67, 98, 122, 183 b) 53, 65, 67, 98, 122, 124, 183, 37, 14 c) 53, 14, 37, 65, 67, 98, 122, 124, 183 d) 53, 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Ví dụ cần đọc khối sau 98, 183, 37, 122, 14, 122, 65, 67 đầu đọc vị trí 53, dùng thuật tốn lập lịch SSTF đầu đọc qua khối có thứ tự sau đây? a) 53, 37, 14, 65, 67, 98, 122, 124, 183 b) 53, 65, 67, 37, 14, 98, 122, 124, 183 c) 53, 14, 37, 65, 67, 98, 122, 124, 183 d) 53, 183, 124, 122, 98, 67, 65, 37, 14 Ví dụ cần đọc khối sau 98, 183, 37, 122, 14, 122, 65, 67 đầu đọc vị trí 53, dùng thuật tốn lập lịch SCAN đầu đọc qua khối có thứ tự sau đây? a) 53, 37, 14, 65, 67, 98, 122, 124, 183 b) 53, 65, 67, 98, 122, 124, 183, 37, 14 c) 53, 183, 124, 122, 98, 67, 65, 37, 14 d) Đáp án a, b Kỹ thuật nhập/xuất sau làm CPU bận rộn nhất? a) Busy_waitting b) Interrup c) DMA d) Khơng có đáp án Giải thuật lập lịch mà kết bị đói CPU hay nghẽn khơng hạn định? a) FCFS 72 b) CAN c) RR d) Priority IT101_Bai 3_v1.0010110225 ... 3_v1.0010110225 Bài 3: Lập lịch 3.1 Tiêu chuẩn lập lịch Các mức lập lịch: Có thể chia thành mức lập lịch khác nhau:  Lập lịch mức cao  Lập lịch mức  Lập lịch mức thấp Lập lịch mức cao, hay lập lịch cho... 3_v1.0010110225 69 Bài 3: Lập lịch TÓM LƯỢC CUỐI BÀI Các bạn học lập lịch hệ thống Ta cần ghi nhớ vấn đề sau:  Mục tiêu lập lịch  Tiêu chuẩn để lập lịch  Tiêu chuẩn đánh giá  Các giải thuật lập lịch: ... thiết có Lập lịch mức thấp Running Lập lịch mức thấp Suspended Blocked Blocked Terminated Các mục tiêu việc lập lịch: Cơ chế lập lịch cần đạt mục tiêu sau:  Đúng đắn, nghĩa chế lập lịch cần