Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Định thời CPU cung cấp cho người học các kiến thức: Các khái niệm, các giải thuật định thời, định thời trong hệ thống có nhiều bộ xử lý, đánh giá giải thu. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Khoa Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông Đại học Cần Thơ Giảng viên: Hà Duy An 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU Các khái niệm Các giải thuật định thời Định thời hệ thống có nhiều xử lý Đánh giá giải thuật 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU • Kỹ thuật đa chương giúp việc sử dụng CPU đạt hiệu cao • Chu kỳ CPU-I/O o Sự thực thi tiến trình bao gồm nhiều chu kỳ CPU-I/O o Một chu kỳ CPU-I/O bao gồm chu thi CPU (CPU burst) theo sau chu kỳ chờ đợi vào/ra (I/O burst) => Việc phân phối chu kỳ CPU-I/O đặt điểm quan trọng để chọn lựa giải thuật định thời phù hợp 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU • Bộ định thời CPU hay định thời ngắn kỳ (Short-term scheduler) chọn tiến trình hàng đợi sẵn sàng cấp phát CPU cho thực thi o Hàng đợi xếp theo nhiều cách • Quyết định định thời xảy tiến trình: Chuyển từ trạng thái chạy sang trạng thái chờ đợi Chuyển từ trạng thái chạy sang trạng thái sẵn sàng Chuyển từ trạng thái chờ đợi sang sẵn sàng Kết thúc • Định thời khơng trưng dụng (nonpreemptive): tiến trình giữ CPU giải phóng CPU cần (trường hợp 4) • Định thời trưng dụng (preempty): trường hợp 3; Vấn đề: o Tiến trình cập nhật liệu chia chung? o Tiến trình xử lý chế độ nhân (kernel mode)? o Không thể bỏ qua tất ngắt? 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU • Bộ điều phối (Dispatcher): Có nhiệm vụ trao quyền điều khiển CPU cho tiến trình chọn định thời CPU, công việc bao gồm: o Chuyển ngữ cảnh o Chuyển sang chế độ người dùng o Nhảy tới vị trí thích hợp chương trình người dùng để khởi động lại chương trình • Bộ điều phối cần nhanh • Độ trễ điều phối (Dispatch Latency): thời gian Dispatcher cần để ngưng tiến trình khởi động tiến trình khác 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU Hiệu suất sử dụng CPU: giữ CPU ln bận nhiều Thơng lượng (Throughput): số lượng tiến trình hồn thành đơn vị thời gian Thời gian xoay vòng (Turnaround time): khoảng thời gian từ tiến trình khởi tạo đến hồn thành Nó tổng khoảng thời gian chờ đợi để đưa vào nhớ, chờ hàng đợi sẵn sàng, thời gian thực thi CPU thực xử lý I/O Thời gian chờ đợi (Waiting time): tổng thời gian trong hàng đợi sẵn sàng (ready queue) Thời gian đáp ứng (Response time): lượng thời gian từ lúc yêu cầu đệ trình tín hiệu trả lời xuất (dùng cho môi trường chia thời gian) 9/19/2013 Chương 4: Định thời CPU • Việc đánh giá giải thuật định thời kiểm tra thông qua khả tối ưu hóa tiêu chí đinh thời nó: o o o o o 9/19/2013 Hiệu suất sử dụng CPU tối đa Thơng lượng tối đa Thời gian xoay vịng tối thiểu Thời gian chờ đợi tối thiểu Thời gian đáp ứng tối thiểu Chương 4: Định thời CPU • Định thời CPU phức tạp với nhiều CPU hữu • Các xử lý giống hệ thống đa xử lý • Việc định thời thực hiện: o Đa xử lý bất đối xứng (Asymmetric Multiprocessor): CPU truy cập đến cấu trúc liệu dùng chung => giảm việc bảo vệ liệu dùng chung o Đa xử lý đối xứng (Symmetric Multiprocessor): CPU tự định thời từ hàng đợi chung, hay có riêng hàng đợi cho CPU => sử dụng phổ biến ngày • Thực thi tiến trình xử lý suốt tiến trình thực thi tiến trình – processor affinity o Soft affinity o Hard affinity 9/19/2013 31 Chương 4: Định thời CPU Note that memory-placement algorithms can also consider affinity 9/19/2013 32 Chương 4: Định thời CPU • Đối với hệ thống SMP cần giữ tải cân CPU nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống • Cân tải (load balancing) thực cách cố gắng phân phối công việc cho CPU nhau: o Push migration – định kỳ kiểm tra tải CPU, CPU bị tải "đẩy"bớt cơng việc cho CPU khác o Pull migration – CPU rãnh "kéo" công việc chờ CPU khác thực thi 9/19/2013 33 Chương 4: Định thời CPU • Nhiều lõi vi xử lý đặt xử lý => vi xử lý đa nhân • Nhanh tiêu tốn lượng • Hỗ trợ đa luồng nhân o Một luồng thực thi luồng khác truy xuất nhớ 9/19/2013 34 Chương 4: Định thời CPU 9/19/2013 35 Chương 4: Định thời CPU Mơ hình xác định Mơ hình hàng đợi Mơ Cài đặt • Cách đánh giá chọn giải thuật thích hợp cho hệ điều hành? • Xác định tiêu chí, đánh giá giải thuật dựa tiêu chí • Deterministic modeling – mơ hình xác định o Đánh giá dựa phân tích o Dựa vào tải cơng việc (workload) xác định trước tính tốn hiệu giải thuật • Cho tiến trình đến vào thời điểm: 9/19/2013 37 Chương 4: Định thời CPU • • Với giải thuật tính thời gian chờ trung bình Đơn giản, nhanh chóng, yêu cầu phải có số liệu đầu vào xác, cho liệu đầu vào cho o FCFS: 28ms o Non-preemptive SJF: 13ms o RR: 23ms 9/19/2013 38 Chương 4: Định thời CPU • Xác định phân phối tiến trình đến chu kỳ CPU-I/O theo xác xuất, điều xác định thưc tế o Thông thường phân phối theo hàm mũ o Từ hai phân phối ta tính trung bình thơng lượng, hiệu tận dụng CPU, thời gian chờ,… • Hệ thống máy tính mơ tả mạng server có hàng đợi riêng (CPU server với hàng đợi sẵn sàng) o Biết tốc độ đến tốc độ phục vụ (dựa vào phân bổ chu kỳ CPU-I/O) => tính khả sử dụng, chiều dài hàng đợi trung bình, thời gian chờ trung bình 9/19/2013 39 Chương 4: Định thời CPU • Luật Little – hệ thống trạng thái ổn định, số lượng tiến trình rời khỏi hàng đợi với số lượng tiến trình vào hàng đợi: n=xW • Trong đó: o n: chiều dài hàng đợi trung bình o λ: tốc độ đến trung bình cho tiến trình (vd tiến trình/giây) o W: thời gian chờ trung bình hàng đợi • VD: trung bình có tiến trình đến giây, thơng thường có 14 tiến trình hệ thống, thời gian chờ trung bình tiến trình là: 2s 9/19/2013 40 Chương 4: Định thời CPU • Mơ hình hàng đợi có độ xác giới hạn • Mơ cho kết xác hơn: o Dùng phần mềm mơ hệ thống máy tính o Clock biến o Khi thực thi mô phỏng, thống kê hiệu giải thuật ghi nhận sở cho vịêc so sánh giải thuật o Dữ liệu dùng để thực mơ phỏng: • Bộ sinh số ngẫu nhiên theo xác xuất o Phân phối theo mơ hình tốn học hay theo kinh nghiệm • Các kiện dược ghi lại hệ thống thực 9/19/2013 41 Chương 4: Định thời CPU 9/19/2013 42 Chương 4: Định thời CPU • Kể mô cho kết giới hạn • Cài đặt kiểm tra giải thuật định thời hệ thống thật cho độ xác cao o Chi phí cao, rủi ro cao o Mơi trường đa dạng • Hầu hết định thời sửa đổi để phù hợp với hệ thống => kết khơng xác tình tổng quát khác 9/19/2013 43 Chương 4: Định thời CPU ... Thời gian xoay vòng tối thiểu Thời gian chờ đợi tối thiểu Thời gian đáp ứng tối thiểu Chương 4: Định thời CPU First-Come, First-Served Shortest-Job-First Priority Round-Robin Hàng đợi đa cấp Hàng... 9/19/2013 24 Chương 4: Định thời CPU Process TG sử dụng CPU P1 53 17 P2 P3 68 P4 24 • Biểu đồ Gantt: P1 P2 20 P3 37 P4 57 P1 77 P3 97 117 P4 P1 121 1 34 P3 P3 1 54 162 • Thơng thường, RR có thời gian chờ... thức gọi Shortest-Remaining-Time-First (SRTF) • SJF tối ưu – tạo thời gian chờ đợi trung bình ngắn 9/19/2013 14 Chương 4: Định thời CPU Tiến trình TG đến P1 0.0 P2 2.0 4. 0 P3 P4 5.0 • SJF (khơng