Chapter 5: CPU Scheduling Outline Wh a t i s s c h e d u - PowerPoint PPT Presentation

Chapter 5: CPU Scheduling – Outline  Wh a t i s s c h e d u l i n g i n t h e O S ?  Wh a t a r e c o m m o n s c h e d u l i n g c r i t e r i a ?  H o w t o e v a l u a t e s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s ?  Wh a t a r e c o m m o n s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s ?  H o w i s t h r e a d s c h e d u l i n g d i fg e r e n t f r o m p r o c e s s s c h e d u l i n g ?  Wh a t a r e t h e i s s u e s i n m u l t i p l e - p r o c e s s o r s c h e d u l i n g ?  O p e r a t i n g s y s t e m s c a s e s t u d i e s . 1

Basic Concepts  M u l t i p r o g r a m m i n g  m o s t p r o c e s s e s a l t e r n a t e b e t w e e n C P U b u r s t s a n d I / O b u r s t s  C P U f r e e a n d i d l e d u r i n g I / O b u r s t  s c h e d u l e a n o t h e r p r o c e s s o n t h e C P U  m a x i m i z e s C P U u t i l i z a t i o n  C P U b o u n d p r o c e s s  s p e n d s m o s t o f i t s t i m e i n t h e C P U  a t l e a s t a f e w l o n g C P U b u r s t s  I / O b o u n d p r o c e s s  s p e n d s m o s t i t s t i m e p e r f o r m i n g I / O  s e v e r a l s h o r t C P U b u r s t s 2

CPU Scheduler  R e s p o n s i b l e f o r t h e s e l e c t i o n o f t h e n e x t r u n n i n g p r o c e s s  p a r t o f t h e O S d i s p a t c h e r  s e l e c t s f r o m a m o n g t h e p r o c e s s e s i n m e m o r y t h a t a r e r e a d y t o e x e c u t e  b a s e d o n a p a r t i c u l a r s t r a t e g y  Wh e n d o e s C P U s c h e d u l i n g h a p p e n ?  p r o c e s s s w i t c h e s f r o m r u n n i n g t o w a i t i n g s t a t e  p r o c e s s s w i t c h e s f r o m r u n n i n g t o r e a d y s t a t e  p r o c e s s s w i t c h e s f r o m w a i t i n g t o r e a d y s t a t e  p r o c e s s t e r m i n a t e s  S c h e d u l i n g u n d e r 1 a n d 4 i s n o n p r e e mp t i v e  A l l o t h e r s c h e d u l i n g i s p r e e mp t i v e 3

Preemptive Vs. Non-preemptive CPU Scheduling  N o n - p r e e m p t i v e s c h e d u l i n g  p r o c e s s v o l u n t a r i l y r e l e a s e s t h e C P U ( c o n d i t i o n s 1 a n d 4 )  e a s y , r e q u i r e s n o s p e c i a l h a r d w a r e  p o o r r e s p o n s e t i m e f o r i n t e r a c t i v e a n d r e a l - t i m e s y s t e m s  P r e e m p t i v e s c h e d u l i n g  O S c a n f o r c e a r u n n i n g p r o c e s s i n v o l u n t a r i l y r e l i n q u i s h t h e C P U  a r r i v a l o f a h i g h e r p r i o r i t y p r o c e s s  r u n n i n g p r o c e s s e x c e e d s i t s t i m e - s l o t  m a y r e q u i r e s p e c i a l h a r d w a r e , e g . , t i m e r  m a y r e q u i r e s y n c h r o n i z a t i o n m e c h a n i s m s t o m a i n t a i n d a t a c o n s i s t e n c y  c o m p l i c a t e s d e s i g n o f t h e k e r n e l  f a v o r e d b y m o s t O S e s 4

Dispatcher  S c h e d u l e r i s a p a r t o f t h e d i s p a t c h e r m o d u l e i n t h e O S  F u n c t i o n s o f t h e d i s p a t c h e r  g e t t h e n e w p r o c e s s f r o m t h e s c h e d u l e r  s w i t c h o u t t h e c o n t e x t o f t h e c u r r e n t p r o c e s s  g i v e C P U c o n t r o l t o t h e n e w p r o c e s s  j u m p t o t h e p r o p e r l o c a t i o n i n t h e n e w p r o g r a m t o r e s t a r t t h a t p r o g r a m  T i m e t a k e n b y t h e d i s p a t c h e r t o s t o p o n e p r o c e s s a n d s t a r t a n o t h e r r u n n i n g i s c a l l e d t h e d i s p a t c h l a t e n c y 5

Scheduling Queues  J o b q u e u e : c o n s i s t s o f a l l p r o c e s s e s  a l l j o b s ( p r o c e s s e s ) , o n c e s u b m i t t e d , a r e i n t h e j o b q u e u e  s c h e d u l e d b y t h e l o n g - t e r m s c h e d u l e r  R e a d y q u e u e : c o n s i s t s o f p r o c e s s e s i n m e m o r y  p r o c e s s e s r e a d y a n d w a i t i n g f o r e x e c u t i o n  s c h e d u l e d b y t h e s h o r t - t e r m o r C P U s c h e d u l e r  D e v i c e q u e u e : p r o c e s s e s w a i t i n g f o r a d e v i c e  m u l t i p l e p r o c e s s e s c a n b e b l o c k e d f o r t h e s a m e d e v i c e  I / O c o m p l e t i o n m o v e s p r o c e s s b a c k t o r e a d y q u e u e 6

Scheduling Queues (2) 7

Performance Metrics for CPU Scheduling  C P U u t i l i z a t i o n : p e r c e n t a g e o f t i m e t h a t t h e C P U i s b u s y  T h r o u g h p u t : n u m b e r o f p r o c e s s e s t h a t c o m p l e t e t h e i r e x e c u t i o n p e r t i m e u n i t  T u r n a r o u n d t i m e : a m o u n t o f t i m e t o e x e c u t e a p a r t i c u l a r p r o c e s s ( s u b m i s s i o n t i m e t o c o m p l e t i o n t i m e )  Wa i t i n g t i m e : a m o u n t o f t i m e a p r o c e s s h a s b e e n w a i t i n g i n t h e r e a d y q u e u e  R e s p o n s e t i m e : a m o u n t o f t i m e i t t a k e s f r o m w h e n a r e q u e s t w a s s u b m i t t e d u n t i l t h e fj r s t r e s p o n s e i s p r o d u c e d  S c h e d u l i n g g o a l s  m a x i m i z e C P U u t i l i z a t i o n a n d t h r o u g h p u t  m i n i m i z e t u r n a r o u n d t i m e , w a i t i n g t i m e a n d r e s p o n s e t i m e 8  b e f a i r t o a l l p r o c e s s e s a n d a l l u s e r s

Method for Evaluating CPU Scheduling Algorithms  E v a l u a t i o n c r i t e r i a  d e fj n e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f t h e p e r f o r m a n c e m e t r i c s  i n c l u d e o t h e r s y s t e m - s p e c i fj c m e a s u r e s  D e t e r m i n i s t i c m o d e l i n g  t a k e s a p a r t i c u l a r p r e d e t e r m i n e d w o r k l o a d a n d d e fj n e s t h e p e r f o r m a n c e o f e a c h a l g o r i t h m f o r t h a t w o r k l o a d  s i m p l e a n d f a s t , g i v e s e x a c t n u m b e r s  d i ffj c u l t t o g e n e r a l i z e r e s u l t s  c a n r e c o g n i z e a l g o r i t h m p e r f o r m a n c e t r e n d s o v e r s e v e r a l i n p u t s  u s e d f o r e x p l a i n i n g s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s  u s e d i n t h e r e s t o f t h i s c h a p t e r ! 9

Workload Models and Gantt Charts  Wo r k l o a d m o d e l : Process Arrival Time Burst Time P1 0 8 P2 1 4 P3 1 10 P4 6 2  G a n t t c h a r t s :  b a r c h a r t t o i l l u s t r a t e a p a r t i c u l a r s c h e d u l e  fj g u r e s h o w s b a t c h s c h e d u l e P1 P2 P3 P4 0 0 8 12 22 24 10