PowerPoint Presentation : Лекция №11 МНОГОПРОЦЕССОРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И ПЛАНИРОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Классификация многопроцессорных систем Многопроцессорные системы классифицируют следующим образом: Слабосвязанные системы, или кластеры. Состоят из набора относительно автономных систем; каждый процессор имеет собственную основную память и каналы ввода-вывода. Функционально специализированные процессоры. Имеется ведущий процессор общего назначения и ведущие специализированные процессоры, предоставляющие свои услуги, например, по вводу-выводу. Сильносвязанные системы. Состоят из множества процессоров, совместно использующих общую основную память и находящиеся под общим управлением операционной системы.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Вопросы разработки Планирование в многопроцессорной системе включает три взаимосвязанных вопроса: Назначение процессов процессорам. Использование многозадачности на отдельном процессоре. Диспетчеризация процесса.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Назначение процессов процессорам Существуют два способа распределения процессоров: Статистический. Для каждого процессора формируется отдельная очередь процессов. Динамический. Все процессоры используют общую очередь процессов. Недостаток: возможна неравномерная загрузка процессоров Недостаток: более высокие накладные расходы Независимо от этого процессоры могут быть: Ведущий и ведомые. Операционная система выполняется на отдельном процессоре и все вопросы планирования решаются на нем. Равноправные. ОС может выполняться на любом процессоре, равно как и другие процессы. Простая реализация. Но ведущий процессор – слабое место системы Сложность системы, но более эффективное использование ресурсов
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Использование многозадачности отдельных процессоров Каждый отдельный процессор должен иметь возможность переключаться между процессами для повышения загруженности, а следовательно, и производительности.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Диспетчеризация процессов В отличии от однопроцессорных систем, в которых вопросы выбора процесса для загрузки играли важную роль, в многопроцессорных системах наиболее простой метод может оказаться наиболее эффективным, т.к. требует меньше накладных расходов.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Планирование процессов Множество исследований показало, что выбор стратегии планирования для многопроцессорных систем не существенно влияет на производительность. Поэтому для таких систем выбирают простейшую стратегию FCFS .
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Планирование потоков В многопроцессорных системах выделяют четыре основных варианта планирования потоков : Разделение загрузки. Процессы не назначаются конкретным процессорам. Поддерживается глобальная очередь готовых к выполнению потоков, и каждый процессор в состоянии простоя выбирает поток из очереди. Бригадное планирование. Множество связанных потоков распределяется для одновременной работы среди множества процессоров, по одному потоку на процессор. Назначение процессоров. Обеспечивает неявное планирование путем назначения потоков процессорам. Каждой программе для выполнения выделяется количество процессоров, равное количеству потоков программы. По окончании работы программы процессоры возвращаются в общий пул для распределения другим программам. Динамическое планирование. Количество потоков процесса может изменяться во время работы.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Разделение загрузки Достоинства: 1. Загрузка равномерно распределяется между процессорами, обеспечивая отсутствие простоя процессоров при наличии работы. 2. Не требуется централизованный планировщик; когда процессор становится доступным, он сам выполняет подпрограмму планирования операционной системы для выбора очередного задания. 3. Глобальная очередь может быть организована с использованием любой схемы планирования для одного процессора.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Разделение загрузки Недостатки: 1. Центральная очередь занимает область памяти, доступ к которой должен проводиться с обеспечением взаимоисключений. 2. Низкая вероятность того, что вытесняемые потоки продолжат выполнение на тех же процессорах, снижает эффективность использования локальных кэшей процессоров. 3. Если все потоки рассматриваются как один общий пул, маловероятно, чтобы все потоки одной программы получили одновременный доступ к процессорам.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Бригадное планирование Достоинства: 1. Если тесно связанные процессы выполняются параллельно, блокирование, вызванное синхронизацией, снижается; кроме того, требуется меньше переключений процессов. 2. Накладные расходы, связанные с планированием, уменьшаются , поскольку одно решение влияет одновременно на целый ряд процессов и процессоров.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Назначение процессоров Представляется крайне неэффективным в плане процессорного времени, т.к. многозадачность процессора в этом методе отсутствует. Но в защиту данной стратегии можно привести два соображения: 1. В системе с десятками или сотнями процессоров загруженность одного процессора не так важна, как общая эффективность или производительность. 2. Полное устранение переключений процессов во время работы программы существенно повышает ее скорость работы.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Динамическое планирование Когда задача требует один или несколько процессоров, происходит следующее: Если в системе имеются простаивающие процессоры, они используются для удовлетворения этого запроса. В противном случае, если запрос подается вновь поступившей в систему задачей, ей выделяется единственный процессор, забираемый у задачи, которая в настоящий момент использует более одного процессора. Если какая-то часть запроса не может быть удовлетворена, он остается невыполненным до тех пор, пока либо не появится свободный процессор, либо задача не снимет свой запрос. При освобождении одного или нескольких процессоров сканируется текущая очередь не удовлетворенных запросов на процессоры. Каждому заданию в списке, до сих пор не имеющему ни одного процессора, назначается по одному процессору. После этого, при наличии свободных процессоров, список сканируется вновь, распределяя оставшиеся процессы на основе стратегии FCFS .
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Планирование реального времени Вычисления реального времени – тип вычислений, в которых корректность системы зависит не только от логического результата вычислений, но и времени получения этого результата. Задачи реального времени делят на: Жесткие задачи РВ ( hard real-time task ) – должны жестко соответствовать предельным срокам, в противном случае неизбежны сбои системы . Мягкие задачи РВ ( soft real-time task ) – также имеют предельные сроки, но их выполнение – скорее пожелание, чем обязанность.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Характеристики операционных систем реального времени Операционные системы реального времени должны удовлетворять следующим требованиям: Детерминизм; Чувствительность; Управление со стороны пользователя; Надежность; Восстановление после сбоев. Свойство системы выполнять операции в фиксированное, предопределенное время Определяет скорость отклика системы на событие Система должна обеспечивать тонкую настройку приоритетов задач пользователем Малейшие сбои, влекущие за собой снижение производительности могут стать фатальными для системы Способность системы сохранить максимальную функциональность и не потерять данные при сбое
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Чтобы соответствовать приведенным требованиям, современная система реального времени обычно включает: Быстрое переключение процессов и/или потоков; Малый размер; Способность быстрого отклика на внешние прерывания; Многозадачность со средствами взаимодействия процессов (семафоры, сигналы и т.д.); Использование специальных последовательных файлов, способных к накоплению данных с высокой скоростью; Вытесняющее планирование на основе системы приоритетов; Минимизация периодов времени, когда прерывания запрещены; Наличие примитивов для задержки выполнения задачи на определенное время, а также приостановки и продолжения выполнения; Специализированные таймеры и системы тайм-аутов.
PowerPoint Presentation : Лекция №11 Планирование реального времени Можно предложить следующие классы алгоритмов планирования: Статическое планирование с использованием таблиц; Выполняется статический анализ осуществимости планирования; результат анализа – расписание, когда должно начаться выполнение заданий. Статистическое планирование на основе приоритетов. Также выполняется статический анализ, но результат работы – назначение приоритетов заданиям; далее применяется традиционное планирование с приоритетами; Динамическое планирование на основе расписания. Осуществимость планирования (расписание) определяется в процессе работы; Динамическое планирование наилучшего результата; Система пытается удовлетворить все предельные сроки и снимает те выполняющиеся процессы, предельные сроки которых нарушены.