PDF de programación - La calendarización y administración de procesos

La calendarización y administración de

procesos

Administrador del procesador

Lámina 1

Roberto Gómez C.

Ciclos de ráfagas de CPU y E/S

g

cargar almacenar
sumar almacenar
leer archivo
esperar E/S
esperar E/S
almacenar incremento
indexar
escribir archivo
esperar E/S
cargar almacenar
sumar almacenar
leer archivo
esperar E/S
esperar E/S

g

ráfaga de CPU

ráfaga de E/S
ráfaga de E/S

ráfaga de CPU

ráfaga de E/S

ráfaga de CPU

ráfaga de E/S
ráfaga de E/S

Lámina 2

Roberto Gómez C.

I/O bound vs CPU bound

• Un programa limitado por E/S (I/O bound)
Un programa limitado por E/S (I/O bound)
suele tener muchas ráfagas de CPU muy cortas
• Un programa limitado por CPU (CPU bound)
• Un programa limitado por CPU (CPU bound)
suele tener unas cuantas ráfagas de CPU muy
largas
largas

Lámina 3

Roberto Gómez C.

Planificador del CPU

• Siempre que CPU este ocioso, el S.O. debe
Siempre que CPU este ocioso, el S.O. debe
escoger uno de los procesos que están en la cola
de procesos listos para ejecutarlo
de p ocesos
stos pa a ejecuta o

• El proceso de selección corre por cuenta del
planificador a corto plazo o planificador de
planificador a corto plazo o planificador de
CPU
Pl
están en la memoria y listos para ejecutarse y se
le asigna el CPU
le asigna el CPU

• Planificador escoge uno de los procesos que

ifi d

d l

Lámina 4

Roberto Gómez C.

Situaciones cambio proceso

• Cuando un proceso pasa del estado en ejecución
Cuando un proceso pasa del estado en ejecución
al estado bloqueado

• Cuando un proceso pasa del estado en ejecución
• Cuando un proceso pasa del estado en ejecución

al estado listo
C
al estado listo

d

• Cuando un proceso pasa del estado bloqueado

t d bl

d l

d

• Cuando un proceso termina

Lámina 5

Roberto Gómez C.

El despachador

• Es el modulo que cede el control del CPU al
Es el modulo que cede el control del CPU al
proceso seleccionado por el planificador a corto
plazo
p a o

• Esta función implica
Cambiar de contexto
– Cambiar de contexto
– Cambiar a un modo de usuario
– Saltar al punto apropiado del programa del usuario

i d d l
S lt
para reiniciar dicho programa

d l

l

t

i

Lámina 6

Roberto Gómez C.

El calendarizador

De otros
De otros
estados

borrando el proceso en ejecución

Proceso

listo
listo

Descriptores
de procesos

encargado
d
formar a los

procesos

C l d
Cola de
procesos

listos

Despachador
Despachador

cambiador
de contexto

CPU
CPU

Lámina 7

Roberto Gómez C.

Criterios de calendarización

• Uso de la CPU
Uso de la CPU
– mantener el CPU tan ocupado como se pueda
uso CPU varia entre 0 y 100%
– uso CPU varia entre 0 y 100%
– en un sistema real, debe variar entre 40% (poca

carga) y 90% (muy cargado)
carga) y 90% (muy cargado)

• Rendimiento

– si CPU esta ocupada ejecutando procesos, se

i CPU
j
esta ejecutando trabajos

d

d

Lámina 8

Roberto Gómez C.

– rendimiento: número de procesos que se
rendimiento: número de procesos que se
completan por unidad de tiempo
p
por segundo

– por ejemplo: un proceso por hora o 10 procesos

p

j

p

p

p

• Tiempo de regreso (servicio)
Tiempo de regreso (servicio)
– tiempo que se tarda en ejecutar un proceso
– intervalo entre el momento de presentación de un
intervalo entre el momento de presentación de un
proceso al planificador y el momento en que se
terminó

Lámina 9

Roberto Gómez C.

p

– es la suma de los periodos durante los cuales el
proceso espera entrar en memoria espera en cola
de procesos listos, se ejecuta en el CPU y realiza
E/S

• Tiempo de espera

– no se toma en cuenta tiempo proceso pasa

ejecutándose o realizando E/S

– tan solo abarca el tiempo que un proceso pasa

esperando en al cola de procesos listos

Lámina 10

Roberto Gómez C.

– suma periodos que pasa en la cola de procesos

p

p

q

p

listos
p

• Tiempo de respuesta

p

– tiempo que transcurre entre que se presenta una
solicitud y se producen los primeros resultados
– no incluye el tiempo que se toma en exhibir la

p

y

p

respuesta

– generalmente esta limitado por la velocidad del

dispositivo de salida

Lámina 11

Roberto Gómez C.

El comando time de Linux

• Ejecuta programa especificado con sus
Ejecuta programa especificado con sus
argumentos

• Cuando termina escribe mensaje a stderr
• Cuando termina, escribe mensaje a stderr
proporcionando estadísticas de timpo de
ejecución:
ejecución:
– Tiempo transcurrido entre invocación y termino del

programa
programa

– Tiempo CPU del usuario
Tiempo CPU sistema
– Tiempo CPU sistema

Lámina 12

Roberto Gómez C.

Ejemplo uso time

$
$ more hola.c
h l
int main( )
{

printf(“Hola mundo \n”);
printf( Hola mundo \n );

}
$ time gcc hola.c

0m0.228s
0m0.120s
0m0.040s

real
user
sys
y
$

Lámina 13

Roberto Gómez C.

Calendarizador óptimo

• Condición: no entran nuevos procesos en la lista de
procesos listos, mientras que los que se encuentran
en ella son atendidos

p

• Algoritmo óptimo calcula el número de tiempo-

d

d

quantum (número de veces que el CPU será
asignado a cada proceso) y entonces enumera todas
las posibles opciones para calendarizar el CPU
E t
criterio de optimización, considerando cada opción
(ordering)
(ordering)

• Estrategia óptima puede seleccionarse, basada en

t

i ó ti

b

d

d

l

i

i

)

d

Lámina 14

Roberto Gómez C.

Factores a considerar

• Procesos nuevos llegan mientras que se esta

g

q

atendiendo a otros procesos, el calendarizador debe
realizar cálculos cada vez que un proceso nuevo llega
• El tiempo de ejecución de un proceso se debe conocer

antes de que el proceso se ejecute

• En algunas ocasiones el calendarizador usa más

tiempo realizando cálculos dentro del algoritmo, que
t di d
atendiendo procesos

Lámina 15

Roberto Gómez C.

Niveles de administración

• Administración de alto nivel
Administración de alto nivel
• Administración de nivel intermedio
• Administración de bajo nivel
l

ió d b j

Ad i i t

i

Lámina 16

Roberto Gómez C.

Administración de alto nivel

• Planificación del trabajo
Planificación del trabajo
• Cuales trabajos(jobs) pueden competir por los

recursos
recursos

• A veces llamada administración de admisión,

l

d id

ya que decide cuales trabajos deben de
admitirse

t b j

d b

d

Lámina 17

Roberto Gómez C.

Administración nivel intermedio

• Que procesos pueden competir por el CPU
Que procesos pueden competir por el CPU
• Suspención temporal y reanudación de procesos
• Intermediario entre la admisión de trabajos y la

d i ió d t b j

l

i

di

I t
asignación del CPU a procesos

t

l

Lámina 18

Roberto Gómez C.

Administración de bajo nivel

• A cual proceso listo se le asignará el CPU
A cual proceso listo se le asignará el CPU
• Se realiza mediante el despachador (dispatcher)
• Despachador siempre en memoria principal
l

h d

D

i

i

i

i

Lámina 19

Roberto Gómez C.

Esquema niveles administración

Usuario

Jobs esperando

para entrar
para entrar

Entrada de trabajos

Jobs en espera para iniciarse

Inicio de trabajos

Procesos suspendidos
esperando por activación

Activación

Suspención

Bloqueo o
Bloqueo o

expiración de tiempo

Procesos activos

Despacho
Despacho

Procesos en ejecución

Terminación
i ació
e
Trabajo completado

Admon
alto nivel

Admon.
nivel

intermedio

Admon
bajo nivel

Lámina 20

Roberto Gómez C.

Objetivos

• Ser justa
• Elevar al máximo la producción o rendimiento
• Aumentar al máximo el número de usuarios
ú e o de usua os

o e

á

j

u e ta a
interactivos

p

• Ser predecible
• Reducir al mínimo el gasto extra
• Equilibrar el aprovechamiento de recursos
Equilibrar el aprovechamiento de recursos
• Lograr equilibrio entre la respuesta y el

aprovechamiento
p

Lámina 21

Roberto Gómez C.

Más objetivos

p

• Evitar esperas infinitas
• Imponer prioridades
• Dar preferencia a procesos que ocupan recursos
ecu sos

a p e e e c a a p ocesos que ocupa

• Dar mejor trato a procesos que muestren un

q

p

decisivos
j

comportamiento deseable.

• Degradarse paulatinamente de cargas pesadas

Lámina 22

Roberto Gómez C.

Admon. apropiada vs no apropiada

• No apropiada (non preemptive)

– Una vez que el CPU se le asignó al proceso, ya no se le
Una vez que el CPU se le asignó al proceso, ya no se le
puede arrebatar

– Util sistemas procesos alta prioridad requieren atención

inmediata, (sistemas tiempo real)

– Los trabajos largos atrasan a los cortos, pero el tratamiento

es más justo
es más justo

• Apropiada (preemptive)

– Al proceso se le puede arrebatar el CPU
Al proceso se le puede arrebatar el CPU
– Util sistemas tiempo compartido: garantizar tiempos de

respuesta aceptables

– Costo: cambio de contexto implica gasto extra

Lámina 23

Roberto Gómez C.

Prioridades

• Pueden ser asignadas automáticamente por el
Pueden ser asignadas automáticamente por el
sistema, o se pueden asignar externamente

• Ganarse o comprarse
• Ganarse o comprarse
• Estáticas o dinámicas
• Asignación en forma racional o de manera

arbitraria

Lámina 24

Roberto Gómez C.

Prioridades estáticas y dinámicas

• Prioridades estáticas

– Prioridades estáticas no cambian
– Son fáciles de llevar a la práctica
– No responden a cambios en el ambiente

• Prioridades dinámicas

– Responden a los cambios
– Prioridad inicial tiene una duración corta, después de lo cual

se ajusta a un valor más apropiado
se ajusta a un valor más apropiado

– Esquemas más complejos
– Gasto extra justificado: aumento en la sensibilidad del
a se s b dad de

Gasto e t a just cado: au e to e
sistema

Lámina 25

Roberto Gómez C.

Prioridades compradas

• Debe proporcionar un servicio competente y
ra onable a na gran com nidad de s arios
razonable a una gran comunidad de usuarios.

• Debe manejar las situaciones en las cuales un

i

d l

b
miembro de la comunidad necesite un trato
especial

id d

i

• Trabajo urgente esta dispuesto a pagar extra:

– comprar prioridad (nivel más alto de servicio)
• Pago extra obligatorio puede ser necesario

arrebatar recursos a otros usuarios qu