Одна из проблем, которая возникает при выборе подходящей дисциплины обслуживания, — это гарантия обслуживания. Дело в том, что при некоторых дисциплинах, например при использовании дисциплины абсолютных приоритетов, низкоприоритетные процессы оказываются обделенными многими ресурсами и, прежде всего, процессорным временем.
Возникает реальная дискриминация низкоприоритетных задач, и ряд таких процессов, имеющих к тому же большие потребности в ресурсах, могут очень длительное время откладываться или, в конце концов, вообще могут быть не выполнены.
Более жестким требованием к системе, чем просто гарантированное завершение процесса, является его гарантированное завершение к указанному моменту времени или за указанный интервал времени.
Существуют различные дисциплины диспетчеризации, учитывающие жесткие временные ограничения.
Гарантировать обслуживание можно следующими тремя способами:
выделять минимальную долю процессорного времени некоторому классу процессов, если по крайней мере один из них готов к исполнению. Например, можно отводить 20 % от каждых 10 мс процессам реального времени, 40 % От каждых 2с — интерактивным процессам и 10 % от каждых 5 мин — пакетным (фоновым) процессам;
выделять минимальную долю процессорного времени некоторому конкретному процессу, если он готов к выполнению;
выделять столько процессорного времени некоторому процессу, чтобы он мог выполнить свои вычисления к сроку.
Для сравнения алгоритмов диспетчеризации обычно используются следующие критерии:
Использование (загрузка) центрального процессора (CPU utilization). В большинстве персональных систем средняя загрузка процессора не превышает 2-3 %, доходя в моменты выполнения сложных вычислений и до 100 %. В серверах, загрузка процессора колеблется в пределах 15-40 % для легко загруженного процессора и до 90-100 % — для сильно загруженного процессора.
Пропускная способность (CPU throughput). Может измеряться количеством процессов, которые выполняются в единицу времени.
Время оборота (turnaround time). Интервал от момента появления процесса во входной очереди до момента его завершения. Включает время ожидания во входной очереди, время ожидания в очереди готовых процессов, время ожидания в очередях к оборудованию, время выполнения в процессоре и время ввода/вывода.
Время ожидания (waiting time). Под временем ожидания понимается суммарное время нахождения процесса в очереди готовых процессов.
Время отклика (response time). Для интерактивных программ важным показателем является время отклика или время, прошедшее от момента попадания процесса во входную очередь до момента первого обращения к терминалу.
Очевидно, что простейшая стратегия краткосрочного планировщика должна быть направлена на максимизацию средних значений загруженности и пропускной способности, минимизацию времени ожидания и времени отклика.
Правильное планирование процессов сильно влияет на производительность всей системы. Можно выделить следующие главные причины, приводящие к уменьшению производительности системы:
Накладные расходы на переключение процессора. Они определяются не только переключениями контекстов задач, но и (при переключении на процессы другого приложения) перемещениями страниц виртуальной памяти, а также необходимостью обновления данных в кэше.
Переключение на другой процесс в тот момент, когда текущий. процесс выполняет критическую секцию, а другие процессы активно ожидают входа в свою критическую секцию.
В случае использования мультипроцессорных систем применяются следующие методы повышения производительности системы:
совместное планирование, при котором все потоки одного приложения (неблокированные) одновременно выбираются для выполнения процессорами и одновременно снимаются с них (для сокращения переключений контекста);
планирование, при котором находящиеся в критической секции задачи не прерываются, а активно ожидающие входа в критическую секцию задачи не выбираются до тех пор, пока вход в секцию не освободится;
планирование с учетом так называемых «советов» программы (во время ее выполнения).
