3.6.Управление потоками заданий. Планирование заданий и загрузка процессоров

Управление потоками заданий главной своей задачей имеет увеличение пропускной способности центрального процессора, т.е. максимальную загрузку центрального процессора системы. Планирование потоков заданий возможно на трех уровнях:

1) верхний уровень определяется совокупностью заданий, которым будет разрешено активно конкурировать за захват ресурсов. Этот вид планирования называют планированием допуска, поскольку тут определяется, какие задания будут допущены в систему. Вошедшие в это множество задания становятся процессами;

2) промежуточный уровень определяется множеством процессов, которым будет разрешено состязаться за захват ЦП. Формирование этого списка осуществляется за счет механизмов приостановки/возобновления. Планировщик промежуточного уровня отслеживает текущие колебания системной нагрузки, приостанавливая и вновь активизируя процессы, что обеспечивает равномерную работу всей системы и способствует достижению желаемых скоростных характеристик. Алгоритмы планировщика этого уровня должны своевременно оценивать складывающуюся ситуацию;

3) нижний уровень обеспечивает выбор одного процесса (задачи), которому будет представлен ЦП. Планирование на нижнем уровне называется диспетчеризацией. Планировщик нижнего уровня (диспетчер задач) наиболее критичен к времени выполнения, поскольку он включается по завершении каждого кванта времени, предоставляемого пользовательскому процессу.

3.6.1.Цели планирования

Планирование заданий обычно осуществляется в соответствии с некоторой дисциплиной. Выбранная дисциплина планирования должна обеспечивать выполнение следующей совокупности целей:

1) быть справедливой. Дисциплина считается справедливой, если ко всем процессам она относится одинаково и ни один процесс не будет отложен на бесконечное время;

2) обеспечивать максимальную пропускную способность системы. Количество заданий, обслуженных за единицу времени должно быть возможно максимальным;

3) обеспечивать минимальное время ответа (для интерактивных систем);

4) быть предсказуемой, т.е. одно и то же задание должно выполняться в разных сеансах приблизительно за одно и то же время;

5) минимизировать накладные расходы (расходы ресурсов на организацию вычислительного процесса). Данное требование оспаривается рядом специалистов, поскольку даже достаточно высокий уровень накладных расходов вполне может обеспечивать стабильную эффективность использования системы;

6) сбалансировать использование ресурсов. Механизмы планирования ресурсов должны стремиться к повышению коэффициента использования системных ресурсов. Предпочтение должно оказываться тем процессами, которые будут занимать недогруженные ресурсы;

7) обеспечивать баланс между временем ответа и коэффициентом использования ресурсов (для интерактивных систем). Баланс обеспечивается за счет некоторой недогрузки ресурсов, что позволит их сразу же использовать для выравнивания времени реакции на запрос пользователя;

8) исключать бесконечное откладывание. При наличии большого потока заданий необходимо обеспечить выталкивание этих процессов. Это возможно при учете старения процесса - чем дольше процесс ожидает некоторый ресурс, тем выше приоритет ему назначается;

9) учитывать приоритеты;

10) оказывать предпочтение процессам, занимающим ключевые ресурсы. Оценка ключевого ресурса, т.е. такого, который может оказать принципиальное влияние на общую производительность системы, должна осуществляться планировщиком нижнего уровня;

11) создавать лучшие условия для процессов с примерным поведением (предсказуемо и стабильно). Например, лучшие условия работы должны создаваться для процессов, требующих менее частой подкачки страниц;

12) характеризоваться постепенностью снижения работоспособности при увеличении нагрузок. Механизм планирования не должен сразу же терять работоспособность под тяжестью большой системной нагрузки. Планирование всех уровней ориентировано на защиту действующей части системы от превышения нагрузки. Уровень обслуживания процессов может постепенно снижаться, но ни в коем случае не должен завершаться катастрофой.

Противоречия сформулированных целей говорят, прежде всего, о сложности задачи планирования и необходимости компромиссов при ее решении.