Intercambio con almacenamiento secundario
El intercambio con almacenamiento secundario sirve para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en la computadora.
Planificación de CPU (planificación a corto plazo)
La planificación de la CPU aborda el problema de decidir qué proceso de la cola de procesos preparados debe asignársele la CPU.
1.- Proceso cambia de estado de ejecución a bloqueado (E/S).
2.- Cuando termina un proceso.
3.- Proceso cambia de estado de ejecución a listo (interrupción).
4.- Un proceso cambia de estado bloqueado a listo (acaba E/S).
En 1 y 2 se debe seleccionar un nuevo proceso para
Ejecución
En 3 y 4 puede o no hacerse:
– Sí: Esquema de planificación expulsiva o apropiativa.
– No: Esquema de planificación hasta terminación (no apropiativo).
Planificación Apropiativa y No Apropiativa.
La planificación apropiativa es útil en los sistemas en los cuales los procesos de alta prioridad requieren una atención rápida. En los de tiempo real, por ejemplo, las consecuencias de perder una interrupción pueden ser desastrosas. En los sistemas de tiempo compartido, la planificación apropiativa es importante para garantizar tiempos de respuesta aceptables.
En los sistemas no apropiativos, los trabajos largos retrasan a los cortos pero su tratamiento es más justo ya que los tiempos de respuesta son más predecibles por que los trabajos nuevos de alta propiedad no pueden desplazar a los trabajos en espera.
Despachador
Módulo que cede el control de la CPU al proceso seleccionado por el planificador a corto plazo
Cambia de contexto
Cambia a modo usuario
Saltar al punto apropiado del programa de usuario
Criterios de planificación
Utilización del procesador
- Maximizar el rendimiento del procesador
Rendimiento (“Throughput”)
- Trabajos completados por unidad de tiempo
Tiempo de estancia (“Turnaround time”)
- Tiempo transcurrido desde que se lanza hasta que finaliza
Tiempo de espera
- Por operaciones de E/S o por la planificación.
Tiempo de respuesta
- Importante en aplicaciones interactivas o de TR
Algoritmos de planificación de CPU
FCFS (First Come, First Served): es un algoritmo muy sencillo, es el primero en recibir la asignación de la CPU. A medida que un proceso pasa al estado listo, este es agregado a la cola de listos. Cuando el proceso que actualmente está ejecutando cesa su ejecución entonces el proceso más viejo en la cola es seleccionado para correr. La implementación de esto es a través de colas FIFO (First-In, First-Out). Cuando el CPU está libre, éste es asignado al proceso que está en la cabeza de la cola.
FCFS es un algoritmo nonpreemptive, pues una vez que el CPU es asignado a un proceso, este lo mantiene hasta que espontáneamente lo suelta, ya sea porque el proceso finalizó o por algún requerimiento de E/S.
SJF (Shortest-Job-First): Este algoritmo selecciona al proceso con el próximo tiempo de ejecución más corto. Un proceso corto saltará a la cabeza de la cola. La ejecución de un proceso consiste en ciclos de ejecución de CPU y ciclos de espera por E/S. El algoritmo selecciona aquel proceso cuyo próximo ciclo de ejecución de CPU sea menor. El problema está en conocer dichos valores, pero podemos predecirlos usando la información de los ciclos anteriores ejecutados.
SRTF (Shortest Remaining Time First): Este algoritmo es preventivo o no. Cuando un nuevo proceso llega a la cola de procesos listos mientras otro se está ejecutando, el nuevo proceso puede tener el ciclo de duración de CPU más corto que lo que falta por ejecutar del proceso actual.
PRIORIDAD: el sistema asignará el proceso con mayor prioridad. Pero también el sistema irá cambiando los niveles de prioridad de cada proceso.
ROUND ROBIN: Se utiliza para seleccionar todos los elementos en un grupo de manera etiquetada y en un orden racional comenzando por el primer elemento de la lista hasta llegar al último y empezando de nuevo desde el primer elemento.
Planificación con colas múltiples y colas retroalimentadas.
Las colas de retroalimentación de niveles múltiples (figura 6.6) ofrecen una estructura que cumple con estos objetivos. Un proceso nuevo entra en la red de colas al final de la primera cola. Se desplaza en esa cola mediante Round Robin hasta que obtiene la CPU. Si el trabajo termina o cede la CPU para esperar la terminación de una operación de E/S o de algún evento, el trabajo abandona la red de colas. Si el cuanto expira antes de que el proceso ceda voluntariamente la CPU, el proceso se colocará al final de la cola del siguiente nivel. El proceso será atendido otra vez cuando llegue a la cabeza de esa cola si está vacía la primera. Mientras el proceso utilice todo el cuanto proporcionado en cada nivel, continuará desplazándose al final de la siguiente cola inferior. Por lo general, existe una cola en el nivel más bajo en la cual el proceso circula por turno rotatorio hasta que termina.
En muchos esquemas de retroalimentación de múltiples niveles, el cuanto asignado a un proceso cuando pasa a una cola de nivel inferior alcanza un valor mayor. De esta forma, cuanto más tiempo se encuentre un proceso en la red de colas más grande será el cuanto asignado cada vez que obtenga la CPU, pero tal vez no obtenga la CPU muy a menudo, porque los procesos de las colas de nivel superior tienen mayor prioridad. Un proceso situado en una cola no puede ejecutarse a menos que estén vacías las colas de nivel superior. Un proceso en ejecución será desposeído por un proceso que llegue a una cola superior.
Considérese ahora cómo responde un mecanismo de este tipo a diferentes tipos de procesos. El mecanismo debe favorecer a los procesos limitados por la E/S para lograr un buen aprovechamiento de los dispositivos y una respuesta buena para los usuarios interactivos; y de hecho lo hace porque los procesos limitados por la E/S entrarán en la red con prioridad alta y se les asignará rápidamente la CPU. El tamaño del cuanto de la primera cola se elegirá lo suficientemente grande para que la gran mayoría de los trabajos limitados por la E/S generen una petición de E/S antes de que expire el primer cuanto. Cuando el proceso solicita E/S, abandona la red y ha obtenido un tratamiento favorable, tal como se deseaba.
Ahora considérese una tarea limitada por la CPU que necesita mucho tiempo de procesador. Esa tarea entra en la cola más alta de la red con prioridad alta. Recibe rápidamente su primera asignación de la CPU, pero su cuanto expira y el proceso se coloca en la cola del siguiente nivel inferior. En ese momento, el proceso tiene una prioridad menor que la de los procesos que llegan al sistema, en particular los trabajos limitados por la E/S, que obtienen primero la CPU. El proceso limitado por la CPU acaba recibiendo ésta, obtiene un cuanto mayor que en la cola más alta y vuelve a utilizar la totalidad de su cuanto. Luego es situado al final de la siguiente cola inferior. El proceso sigue desplazándose a colas inferiores, espera más entre divisiones de tiempo y utiliza todo su cuanto cada vez que obtiene la CPU ( a menos que sea arrebatada por un proceso entrante). En algún momento, el proceso limitado por la CPU llega a la cola de nivel inferior, en donde entrará en una planificación por turno hasta terminar.
Las colas de retroalimentación de niveles múltiples son ideales para separar procesos en categorías basadas en su necesidad de la CPU. En un sistema de tiempo compartido, cada vez que un proceso abandona la red de colas puede "marcarse" con la identidad de la última cola en donde estuvo, y cuando el proceso entra de nuevo en la red de colas, puede enviarse directamente a la cola en la cual terminó su operación por última vez. En este caso, el planificador está usando un razonamiento heurístico, según el cual el comportamiento anterior del proceso es un buen indicador de su comportamiento en un futuro inmediato. De esta forma, un proceso limitado por la CPU que regresa a la red de colas no se coloca en las colas de nivel alto donde interferiría con el servicio a los procesos cortos de prioridad alta o con los limitados por la E/S.
Si los procesos se colocan siempre dentro de la red en la cola que ocuparon la última vez, será imposible que el sistema responda a cambios de un proceso, por ejemplo, de estar limitado por la CPU, a estar limitado por la E/S. El problema puede resolverse marcando al proceso también con su duración dentro de la red la última vez que estuvo en ella. Así, cuando el proceso entra de nuevo en la red puede colocarse en la cola correcta. Entonces, si el proceso entra en una fase nueva en la cual deja de estar limitado por la CPU y empieza a estar limitado por la E/S, el proceso experimentará en principio un tratamiento lento mientras el sistema determina que la naturaleza del proceso está cambiando. Pero el mecanismo de planificación responderá con rapidez a este cambio. Otra forma de hacer que el sistema responda a los cambios de comportamiento de los procesos es permitir que un proceso ascienda un nivel en la red de colas cada vez que abandona voluntariamente la CPU antes de que expire su cuanto.
El mecanismo de colas de retroalimentación de niveles múltiples es un buen ejemplo de mecanismo adaptativo, que responde a los cambios en el comportamiento del sistema que controla. Los mecanismos adaptativos implican, en general, una carga extra mayor que los no adaptativos, pero la sensibilidad ante los cambios en el sistema da como resultado una mejor capacidad de respuesta, y justifica el aumento en el gasto extra.
Una variante común del mecanismo de colas de retroalimentación de múltiples niveles consiste en hacer que un proceso circule por turno varias veces en cada cola antes de pasar a la siguiente cola inferior. El número de ciclos en cada cola crece por lo regular cuando el proceso pasa a la siguiente cola inferior.
