Algoritmos de Planificacion

 ALGORITMOS DE PLANIFICACION PLANIFICACION DE PROCESOS

Sistemas Operativos

Estudiantes:

Daniel David Contreras Almanza Jesús Darío Marín Hernández

Docente:

Luis Olascoaga

Universidad de Córdoba

Sede Lorica

INTRODUCCIÓN  Aquí vamos a centrarnos en analizar los distintos tipos de algoritmos de planificación. Estos algoritmos surgen debido a la necesidad de poder organizar los procesos de una manera eficiente para el procesador. Los algoritmos de planificación se encargan de asegurar que un proceso no monopoliza el procesador. Un proceso es un programa en ejecución. Existen 3 estados en los que puede encontrarse un proceso, estos son: "Listo", "Bloqueado" y "En ejecución". Para el control de los mismos internamente son almacenados en una lista, cada uno de los nodos guarda información de un proceso. En esa información se almacena, entre otros aspectos, el estado en que se encuentra el proceso, el tiempo que el proceso ha usado el CPU, e información de E/S (entrada/salida). Los sistemas operativos cuentan con un componente llamado planificador, que se encarga de decidir cuál de los procesos hará uso del procesador. La toma de esta decisión, así como el tiempo de ejecución del proceso, estará dada por un algoritmo, denominado  Algoritmo de Planificación.

TURNO ROTATIVO (ROUND ROBIN) CONCEPTUALIZACIÓN Este es uno de los algoritmos más antiguos, sencillos y equitativos en el reparto de la CPU entre los procesos, muy válido para entornos de tiempo compartido. Cada proceso tiene asignado un intervalo de tiempo de ejecución, llamado cuantum o cuánto. Si el proceso agota su cuantum de tiempo, se elige a otro proceso para ocupar la CPU. Si el proceso se bloquea o termina antes de agotar su cuantum también se alterna el uso de la CPU. El round robín es muy fácil de implementar. Todo lo que necesita el planificador es mantener una lista de los procesos listos.

CARACTERISTICAS    

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Periódicamente, se genera una interrupción de reloj. Cuando se genera la interrupción, el proceso que está en ejecución se sitúa en la cola de Listos y se selecciona el siguiente trabajo (apropiativo) Se conoce también como fracciones de ti Está diseñado específicamente para sistemas de tiempo compartido. Se asigna un cuanto de tiempo (10-100ms.) de igual duración a todos los procesos listos para ser ejecutados. Entre ellos, la selección se realiza mediante una cola FIFO. Parámetro crítico: tamaño del cuánto. La efectividad depende del tamaño del el cuanto pero hay que tener en cuenta el tiempo dedicado al cambio de contexto.

FUNCIONAMIENTO El algoritmo Round-Robin o turno giratorio trabaja mediante expulsiones basándose en el reloj. Realiza una interrupción cada cierto tiempo, esta división de tiempo es llamada quantum. Los quantum deben ser ligeramente mayores al tiempo requerido para una iteración o función típica del proceso ya que si es menor se necesitarán al menos dos quantums de tiempo. Además si los quantums o cuantos se toman de gran tamaño la perdida de eficiencia será considerable degenerando este algoritmo finalmente en uno de tipo FIFO.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS En realidad todo los aspectos a favor y en contra del empleo del algoritmo Round Robín están en función del tipo de proceso que sean, ya que sí el proceso tiene muchos I/O's estará siendo interrumpido constantemente y no aprovechará todo su quantum, en cambio si los procesos utilizan sólo CPU se utilizará todo el quantum. Está es una de los parámetros fundamentales de este aspecto.

VENTAJAS     

facilidad en el manejo, las prioridades no cambian que algunas garantías son asignadas a procesos que tienen una alta prioridad, es un algoritmo muy predecible. Este algoritmo es efectivo en sistemas de tiempo compartido y de propósito general.

DESVENTAJAS 

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Puede haber pospuesta indefinida, ya que es muy poca la posibilidad de que un proceso de baja prioridad tenga alguna vez el CPU, esto en caso de que sea un asignamiento de prioridad estático, y si esto fuera dinámico la desventaja es que el algoritmo se vuelve muy complejo. Trata de forma desigual a los procesos limitados por el procesador y a los procesos limitados por E/S ya que estos últimos tienen normalmente ráfagas de procesador más cortas que los procesos limitados por procesador acarreando así un rendimiento ineficiente por parte de los procesos limitados por E/S.

CONCLUSIÓN Es un algoritmo de planificación de procesos simple de implementar, dentro de un sistema operativo se asigna a cada proceso una porción de tiempo equitativa y ordenada, tratando a todos los procesos con la misma prioridad.

EL TRABAJO MAS CORTO PRIMERO SJF CONCEPTUALIZACIÓN: El algoritmo SJF (Shortest-Job-First) se basa en los ciclos de vida de los procesos, los cuales transcurren en dos etapas o periodos que son: ciclos de CPU y ciclos de entrada/salida, también conocidos por ráfagas. La palabra shortest (el más corto) se refiere al proceso que tenga el próximo ciclo de CPU más corto. La idea es escoger entre todos los procesos listos el que tenga su próximo ciclo de CPU más pequeño. El SJF se puede comportar de dos formas:

1. Con Desalojo: Si se incorpora un nuevo proceso a la cola de listos y este tiene un ciclo de CPU menor que el ciclo de CPU del proceso que se está ejecutando, entonces dicho proceso es desalojado y el nuevo proceso toma la CPU.

2. Sin desalojo: Cuando un proceso toma la CPU, ningún otro proceso podrá apropiarse de ella hasta que el proceso que la posee termine de ejecutare.

CARACTERÍSTICAS:    

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Entra en la CPU el proceso con la ráfaga de CPU más corta. Minimiza el tiempo de espera medio. Riesgo de inanición de los procesos de larga duración. No es implementable. Se pueden estimar las duraciones de los procesos, según su historia reciente. Versión expulsiva (SRTF): el proceso en CPU es desalojado si llega a la cola un proceso con duración más corta.

DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO:  A continuación se describe el funcionamiento con un ejemplo. Consideremos el conjunto de procesos siguiente (la duración de la ráfaga está en milisegundos):

Proceso

Tiempo respuesta

P1

6

P2

8

P3

7

P4

3

Utilizando una política SJF, planificaríamos estos procesos según el diagrama de Gantt siguiente:

P4 P1 P3 P2 0 3 9 16 24 El tiempo de espera es de 3 milisegundos para el proceso P 1, 16 milisegundos para el proceso P 3  y 0 milisegundos para el proceso P 4. Así, el tiempo de espera

promedio es (3+16+9+0)/4=7 milisegundos. Se puede demostrar que el algoritmo SJF es óptimo, en cuanto a que da el tiempo de espera promedio mínimo para un conjunto dado de procesos. Si atendemos a un proceso corto antes que a uno largo, el tiempo de espera del proceso corto disminuirá más de lo que aumenta el tiempo de espera del proceso largo. En consecuencia, el tiempo de espera promedio disminuye. Lo realmente difícil del algoritmo SJF es conocer la duración de la siguiente solicitud de CPU. Para la planificación a largo plazo en un sistema por lotes, podemos usar como duración el límite de tiempo de proceso que el usuario especifica cuando presenta el trabajo. Esto motiva a los usuarios para estimar con precisión el límite de tiempo en sus procesos, ya que un valor más bajo podría significar una respuesta más rápida.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SJF VENTAJAS:    

Minimiza el tiempo de finalización promedio Da el mínimo tiempo de espera promedio para un conjunto de procesos Entra a la CPU el proceso con la ráfaga de CPU más breve Minimiza el tiempo de espera medio

DESVENTAJAS:  

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Riesgo de inanición de los procesos de larga duración No es implementable se pueden estimar las duración de los procesos según su historia reciente La dificultad del SJF es conocer la longitud de la próxima ráfaga de CPU de un proceso

RONDA EGOÍSTA (SRR) CONCEPTO Este algoritmo es una variante del algoritmo de Round Robin. Se basa en dar un mejor servicio de procesos parcialmente ejecutados. Para ello, emplea dos colas, una para los procesos nuevos (cola de nuevos) y otra para los procesos antiguos (cola de procesos aceptados).

FUNCIONAMIENTO El funcionamiento del algoritmo es muy simple: al principio los procesos entran en la cola de procesos nuevos en la que esperan hasta ser aceptados. En esta cola la prioridad de los procesos crece al ritmo del parámetro a, previamente ajustado. Al

principio la prioridad es igual a 0 y se acepta en la segunda cola (cola de aceptados) el primer proceso de la cola de nuevos. Los procesos de la cola de aceptados son atendidos con el algoritmo Round Robin y su prioridad crece al ritmo del parámetro b que también se habrá ajustado previamente. Cuando la prioridad de un proceso nuevo alcanza la prioridad de un proceso aceptado, el proceso nuevo pasa a ser aceptado. Si terminan todos los procesos aceptados en la segunda cola, se acepta el proceso nuevo con mayor prioridad. El ajuste del valor de los parámetros a y b tiene gran importancia en el comportamiento de SRR. Si / ≥ 1; no se aceptaran más procesos en la cola de nuevos, se atenderán los procesos ya aceptados y, por tanto, el algoritmo SRR degenera en el algoritmo FIFO. Si / = 0; todos los procesos son aceptados y el algoritmo degenera en un Round Robin simple. Si / < 1; los procesos nuevos serán aceptados eventualmente. Si el control va alternando entre dos procesos, su prioridad se mantendrá igual, y serán despachados por ronda simple. Si 0 < / < 1; la ronda es relativamente egoísta. Se da entrada a procesos nuevos incluso si hay procesos muy largos ejecutándose. Ejemplo: A un sistema, que emplea el algoritmo SRR para gestionar el procesador, llegan los siguientes procesos:

En la siguiente figura se calculan el tiempo de paso medio y la productivida d, cuando / = 1/2 y el cuantum de la cola de aceptados es igual a 1.

CARACTERÍSTICAS  

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Multitarea preventiva. Favorece a los procesos que llevan tiempo ejecutándose por sobre los recién llegados (El despachador ejecuta solo los procesos “aceptados”, mientras que los procesos nuevos se quedan en cola) Se pueden cambiar las prioridades tanto de los procesos “nuevos” como de los “aceptados” Cuando un proceso nuevo alcanza la prioridad de un proceso aceptado, este se acepta y por ende, puede ser despachado y ejecutado. Parámetros ajustables:

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(a) Ritmo de incremento de prioridad de procesos aceptados. (b) Ritmo de incremento de prioridad de procesos nuevos.

VENTAJAS  

Divide el trabajo en dos colas, una para los procesos nuevos y otra para los procesos que llevan tiempo ejecutándose. Es un algoritmo capaz de realizar múltiples tareas.

DESVENTAJAS  

Para que un proceso tenga alta prioridad de ser aceptado, la cola de aceptados debe estar vacía para que la cola de los nuevos se la asigne. Cuando la cola de los aceptados se encuentra trabajando en algunos procesos y se quiere ejecutar un nuevo proceso para que sea aceptado, prim ero tiene que pasar por la cola de nuevos.

EL MÁS PENALIZADO A CONTINUACIÓN (HPRN) Es un sistema que no cuenta con multitarea preventiva, las alternativas presentadas hasta ahora resultan invariablemente injustas: FCFS favorece a los procesos largos, SPN a los cortos. Un intento de llegar a un algoritmo más balanceado es HPRN, que consiste en calcular el Reponse Ration(Racion de Respuesta) para asignar a la CPU a procesos más viejos con el fin de evitar la inanición, entendida esta como; un problema relacionado con los sistemas  multitarea, donde a un proceso o un hilo de ejecución se le deniega siempre el acceso a un recurso compartido. Sin este recurso, la tarea a ejecutar no puede ser nunca finalizada.

CARACTERÍSTICAS:    

Es muy productivo pero se sobrecarga el sistema. Ofrece un buen tiempo de respuesta. Equilibra los procesos, aunque da prioridad a los procesos más cortos Evita la inanición (los procesos que envejecen serán ejecutados)

FUNCIONAMIENTO: Todo proceso inicia su paso por la cola de procesos listos con un valor de penalización P=1. Cada vez que es obligado a esperar un tiempo w  por otro proceso, P  se actualiza como P=(w+t)/t. El proceso que se elige como activo será el que tenga mayor P . Mientras P<1, HPRN evitara que incluso los procesos más largos sufran inanición. En los experimentos realizados por Finkel, HPRN se sitúa siempre en un punto medio entre FCFS y SPN.

VENTAJA: Corrige el retraso excesivo de procesos grades que produce el SJF, para asi no caer en un favoritismo excesivo por los procesos cortos, lo logra usando una formula basada en el tiempo de espera y el tiempo de servicio, con o cual la prioridad de cada trabajo no solo está en función del tiempo de servicio sino también del tiempo que ha esperado para ser atendido.

DESVENTAJA: Su principal desventaja se presenta conforme crece la cola de procesos listos, ya que P tiene que calcularse para cada uno de ellos cada vez que el despachador toma una decisión.

PRIMERO LLEGADO, PRIMERO SERVIDO (FCFS) El algoritmo de planificación de la CPU (Central Processing Unit) más sencillo es el de servicio por orden de llegada (FCFS,First Come, First Served),   también llamado Primero en Llegar, Primero en Salir. Con mucha diferencia, es el algoritmo de planificación más sencillo. Esto es, el primer proceso en solicitar la CPU es el primero en recibir la asignación de la misma. La implementación del FCFS se realiza fácilmente mediante una cola FIFO. Cuando un proceso entra en la cola de preparados o listos para la ejecución, su PCB se enlaza al final de la cola. Cuando la CPU queda libre, ésta se le asigna al proceso situado al principio de la cola. Entonces el proceso en ejecución se elimina de la cola. El código para la planificación FCFS es sencillo de escribir y de comprender. FCFS rinde mucho mejor con procesos largos que con procesos cortos.

CARACTERÍSTICAS FCFS Más propicio para operaciones largas, en detrimento de las operaciones cortas. Beneficioso cuando la CPU de trabajo ocupado, en detrimento de la E / S de trabajo ocupado.

VENTAJAS:   

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Este algoritmo es su fácil implementación. FCFS rinde mucho mejor con procesos largos que con procesos cortos. El FCFS ya en 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 o interrupción E/S. Es el algoritmo más sencillo, el primer proceso que solicita la CPU es el primero en recibirla.

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Fácil de implementar con una política FIFO para la cola de preparados.

DESVENTAJAS:     

El tiempo medio de espera suele ser elevado. Bajo nivel de utilización de la CPU. Pobre tiempo de respuesta en procesos cortos en esquemas con mucha carga. Tiende a favorecer a los procesos con carga de CPU frente a los que tienen carga de E/S. Uso ineficiente de los dispositivos de E/S.

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