1. פרק שלישי – תזמון תהליכים
פרק שלישי – תזמון תהליכים
מבוא למערכות הפעלה
תהליכים
תזמון תהליכים
תקשורת בין תהליכים פנימיים
נעילה (תקיעה)
תהליכים קלי משקל
ניהול זיכרון
זיכרון וירטואלי
מדיניות ניהול זיכרון וירטואלי
מערכת הפעלה עם קוד פתוח
Operating Systems
Shayke Bilu

2. תזמון בחירת תהליך (תהליכים) לריצה במעבד (מעבדים)
מצב התהליך משתנה ממצב “מוכן לריצה” למצב
“ריצה” במעבד המרכזי
המרכיב העיקרי של כל מערכת הפעלה, שמבצע
את פעולת התזמון נקרא מתזמן
Operating Systems
Shayke Bilu

3. סוגים של תזמון תזמון נחלק למספר רמות שונות, לפי יעדים.
כל רמה מוגדרת ע”י היעד שאליו צריך להגיע התהליך.
תהליך כזה יכול להיות:
תהליך בעל יכולת הרצה וביצוע באמצעות מעבד
תהליך השוכן בחלקו או במלואו בזיכרון הראשי
תהליך השוכן בחלקו או במלואו בזיכרון המשני
תהליך אשר טרם התחיל להתפתח המערכת
Operating Systems
Shayke Bilu

4. סוגים שונים של תזמון (המשך)
תזמון לזמן ארוך
ההחלטה להוסיף את התהליך למאגר התהליכים המיועדים לביצוע
תזמון לזמן חלקי
ההחלטה להוסיף את התהליך לזיכרון הראשי
תזמון לזמן קצר
ההחלטה מתי יצליח התהליך לזכות בזמן עיבוד
תזמון קלט/פלט
ההחלטה איזה תהליך בקשת קלט/פלט יטופל ע”י המעבד כדי שהציוד ההיקפי הנדרש יוקצה עבור אותו תהליך
Operating Systems
Shayke Bilu

5. קריטריונים לתזמון פייריות: לכל תהליך יהא חלק שווה בתוך היע”מ
יעילות: יש לשמור על 100% מימוש היע”מ
זמן תגובה: חייב להיות זמן מינימלי עבור משתמשים אינטראקטיביים
זמן חזור: חייב להיות זמן מינימלי לחזרה על פעולות אצווה Batch
נצילות מקסימלית: חייבת להיות נצילות מקסימלית של עבודות עיבוד לשעה
Operating Systems
Shayke Bilu

6. קריטריונים לביצוע, התייחסות משתמש
קריטריון מטרה
זמן תגובה הקטנת זמן התגובה למינימום
לאפשר מספר מקסימלי של משתמשים אינטראקטיביים במערכת
זמן מחזור סיבובי יחידת הזמן שבין הגשת התוכנית או התהליך לעיבוד לבין השלמת הביצוע
מועד סופי ואחרון מפגש זמני מקסימום סופיים
Operating Systems
Shayke Bilu

7. קריטריונים לביצוע, התייחסות מערכת
קריטריון מטרה
משגר מאפשר מספר מקסימלי של עבודות
להשלים פעולתן במעבד
ניצולת מעבד מאפשר הפקת תועלת מקסימלית של המעבד, באחוזים
סה”כ השקעות מאפשר זמן מעבד מינימלי תפוס
לצורך ביצוע פעולות מערכת הפעלה
Operating Systems
Shayke Bilu

8. קריטריונים נוספים , התייחסות מערכת
קריטריון מטרה
פייריות מתייחס לכל התהליכים באותה רמה (הוגנות) ללא העדפה כלשהי
אכיפת עדיפויות מתן העדפה בביצוע לתהליכים בעלי עדיפות וזכות קדימה מוכרת ע”י המערכת
איזון משאבים שמירה על מערכת המשאבים מאוזנת ומועסקת
Operating Systems
Shayke Bilu

9. גורמים החשובים לתזמון גבול השימוש של התהליך ביחידות קלט/פלט
גבול השימוש של התהליך ביחידת העיבוד המרכזית
האם התהליך אינטראקטיבי או מנוהל לפי אצוות?
מהי העדיפות שניתנה לתהליך ע”י המשתמש ו/או המערכת?
ברירת המחדל של רמת הטעות השכיחה בדפדוף?
מהי השכיחות שהוגדרה עבור זכות הקדימה ?
מהו זמן הביצוע שהתקבל ?
מהו זמן הביצוע הנדרש להשלמת ריצת התהליך?
Operating Systems
Shayke Bilu

10. סוגים של תזמון
אלגוריתם התזמון אינו מפעיל ריצה עד סיום תהליך, כאשר הוא אינו בטוח שיחידת העיבוד המרכזית נמצאת בידי מערכת ההפעלה באותה עת.
אלגוריתם התזמון מפעיל ריצה עד סיום תהליך כאשר הוא בטוח כי יחידת העיבוד המרכזית נמצאת בידי מערכת ההפעלה.
Operating Systems
Shayke Bilu

11. שעון הפסיקות
מערכת ההפעלה מכוונת את שעון הפסיקות לכך שתבוצע פסיקה בזמן עתידי שיועד עבור כך.
פסיקה זמן זו היא מנת התהליך.
מספק זמן תגובה סביר ובכך מונע מהמערכת להיות נעולה במקרים בהם התהליך נכנס ללולאה אין סופית.
Operating Systems
Shayke Bilu

12. אלגוריתם מתוזמן ראשון נכנס ראשון מקבל שרות FCFS
חלוקת זמנים- Round Robin
חלוקת זמנים וירטואלית- Virtual Round Robin
מנגנון העדיפויות- Priority
רמת עדיפות- Priority Classes
העבודה הקטנה קודמת- Shortest Job First
זמן שארית קצר- Shortest Remaining Time
זמן החזר- Highest Response Ratio Next
תור המשובים- Feedback Queues
Operating Systems
Shayke Bilu

13. ראשון נכנס ראשון מקבל שרות FCFS
יישומים:
כאשר כל תהליך הופך ל”מוכן” הוא מצטרף לתור הממתינים לריצה.
כאשר התהליך העכשווי מסיים התהליך הוותיק ביותר שהפך למוכן נבחר ונקרא לריצה.
אפיונים:
יישום פשוט, מהיר ולא מורכב
תהליך זול, קצר מתחום תהליכי קלט/פלט
אינו מאפשר מתן זכות קדימה לתהליך
Operating Systems
Shayke Bilu

14. חלוקת זמנים Round Robin
יישום:
התהליכים מתופעלים בשיטת FIFO אבל ניתן להם משך זמן קבוע (פיסת זמן - Time slice) לריצה בתוך יחידת העיבוד המרכזית CPU
אפיונים:
בעל יכולת מתן זכות קדימה
אפקטיבי בסביבה בה מתקיימת חלוקת זמנים
תהליך זול, קצר מתחום תהליכי קלט/פלט
Operating Systems
Shayke Bilu

15. (Quantum Size) גודל תור פיסת הזמן
אפשרויות:
תור בעל פיסת זמן גדולה או קטנה
תור קבוע או משתנה
שווה לכולם או שונה לכל אחד בהתאמה
במידה ותור פיסת הזמן גדול קיימת השהייה במעבר לתהליך: ראשון נכנס ראשון מקבל שרות FCFS
במידה ותור פיסת הזמן קטן מידי בהקשר ההחלפה העבודה הראשונית (היסודית) מתבצעת במידי
מדריך טוב הוא תור חלוקת זמנים בו הזמן שהוגדר לתהליך הוא קצת יותר ארוך ממה שצריך התהליך כדי לעבור הידברות(עיבוד) מוצלחת.
Operating Systems
Shayke Bilu

16. חלוקת זמנים וירטואלית (Virtual Round Robin (VRR
יישומים:
שני תורים עבור מצב מוכן (ready), הראשון מכונה תור עזר לאחסון תהליכי קלט/פלט שהסתיימו.
תור עזר (AUX) הוא בעל עדיפות גבוהה מזה של תור מצב מוכן
תהליכי קלט/פלט ירוצו אך ורק במשך הזמן שנותר
אפיונים:
ביצוע מכוון מראה קיום פייריות יותר מתהלך ה- RR
Operating Systems
Shayke Bilu

17. מנגנון עדיפויות יישום:
כל תהליך מקבל עדיפות ומתזמן התהליכים תמיד בוחר את התהליך בעל העדיפות הגבוהה ביותר ראשון לריצה.
אפיונים:
תהליך בעל עדיפות גבוהה יכול לרוץ עד אין סוף, לכן יש להקטין את העדיפות במרווחים קבועים.
הקצאת עדיפות גבוהה לתהליך של מערכת תוך כדי ידיעת האפיונים שלו, לדוגמה הקישוריות של התהליך לציוד הקלט/פלט.
Operating Systems
Shayke Bilu

18. (Priority Classes) סוגי עדיפויות
Highest
Priority Class 4
Priority Class 3
Priority Class 2
Lowest
Priority Class 1
Operating Systems
Shayke Bilu

19. (Priority Classes) סוגי עדיפויות
יישומים:
תהליכים מקובצים לרמות עדיפות
תהליך חלוקת זמן בה לידי שימוש בכל רמת עדיפות
כאשר בחירת התהליכים נעשית מהרמה הגבוהה, אם אין ברמה זו תהליך משתמשים ברמה נמוכה יותר.
אפיון:
אם עדיפויות אינן מתואמות מזמן לזמן (סנכרון) רמות נמוכות יכולות להמתין לתורן עד מותן.
Operating Systems
Shayke Bilu

20. עבודה קצרה קודמת (Shortest-Job-First (SJF
ידוע גם כתהליך הבא הקצר ביותר
Shortest Process Next (SPN)
אפיונים:
התהליך עם זמן הביצוע הקצר ביותר קיבל את העדיפות הגבוהה ביותר במעבד
ללא יכולת מתן זכות קדימה
מקטין את זמן ההמתנה הממוצע ב- FIFO
Operating Systems
Shayke Bilu

21. עבודה קצרה קודמת (Shortest-Job-First (SJF
אפיונים (המשך):
תמיד מייצר את הזמן הסיבובי (הלוך וחזור) הממוצע הנמוך ביותר
חייב לדעת מה אורך זמן הריצה של התהליך במעבד
ניתן לשימוש לרעה ע”י המשתמש
מתאים ביותר לסביבות עבודה באצווה.
לא מתאים למערכות בסביבת עבודה בחלוקת זמן
(Time Sharing)
Operating Systems
Shayke Bilu

22. זמן השארית הקצר ביותר (Shortest Remaining Time (SRT
מתקיים בשל זכות קדימה מקבילה של התהליך הבא הקצר ביותר
יישומים:
תהליך עם זמן הקצר ביותר המוקצה (במשוער) עבורו לביצוע ריצה יהא תמיד התהליך הבא שירוץ במעבד.
יתכן כי תהליך בזמן ריצה יאבד את זכות הקדימה שלו בשל קיומו של תהליך בעל זמן ריצה קצר יותר בתור.
Operating Systems
Shayke Bilu

23. זמן השארית הקצר ביותר (Shortest Remaining Time (SRT
אפיונים:
מצריך, בכל מקרה הערכה מקדמית של פעולה עתידית מבוסס סטטיסטיקה
בעל סה”כ הוצאות ותקורה גבוהה מ- SJF
אין צורך, בשום מקרה, בביצוע פסיקות מוספות כמו בתהליך ה- RR
זמן טיפול שחלף חייב להיות משולב ברשומה
Operating Systems
Shayke Bilu

24. זמן התגובה הבא הקצר ביותר (Highest Response Ratio Next (HRRN
כיצד לעקוף את הבעיה של דחייה לא ברורה?
יישומים:
כאשר עבודה (JOB) נכנסת ליע”מ היא מבצעת ריצה עד סיומה
עדיפות העבודה היא פונקציה של זמן השרות הנדרש לעבודה וזמן ההמתנה שעבר עד לקבלת השרות הדרוש
זמן השרות/ [(זמן המתנה)+(זמן שרות)] = עדיפות
Operating Systems
Shayke Bilu

25. זמן התגובה הבא הקצר ביותר Highest Response Ratio Next (HRRN)
אפיונים:
ללא מנגנון מתן זכות קדימה
עבודות קצרות מקבלות עדיפות על פני עבודות ארוכות יותר
בכל אופן ישנו תהליך המבטיח כי עבודות ארוכות תגענה לבסוף לידי ביצוע במעבד
הערכה עדיין מורכבת
Operating Systems
Shayke Bilu

26. Feedback Queues תור משובים
לעיתים נקרא גם תור משוב רב שכבתי
Multi-Level Feedback Queues
היישומים המתאפשרים:
קיום רשת של תורי עבודות המוכנים לריצה
תהליך חדש נכנס בראש התור (כמו במחסנית)
התהליכים נעים באמצעות תור FIFO
Operating Systems
Shayke Bilu

27. Feedback Queues תור משובים
תהליכי קלט/פלט:
אם העבודה דורשת אמצעי קלט/פלט לפני תום זמן התור, היא עוזבת את הרשת וחוזרת לאותה רמת תור שהוקצתה עבורה מלכתחילה
קישוריות בין המעבד לתהליכים:
אם התור שהוקצה לתהליך תם קודם התהליך יורד רמה אחת בתור ועדיפות הביצוע שלו תרד בהתאמה
התופעה מתמשכת עד הגעה למקום האחרון בתור לביצוע
Operating Systems
Shayke Bilu

28. Feedback Queues תור משובים
הרצה:
תהליך מגיע לתוך יחידות העיבוד רק אם ברמות התור הקודמות לו אין תהליכים
כל התהליכים הרצים במערכת מונעים ע”י תהליכים בעלי זכות קדימה המגיעים מרמת תור גבוהה יותר
תהליכים מרמות תור נמוכות יותר מקבלים מיקום גבוה יותר לצורך ריצה במעבד
הסתגלות (התאמה):
בכמה מערכות תהליכים תהליך יכול לחזור אחורנית ברשת ע”י קישוריות לרכיבי קלט/פלט
Operating Systems
Shayke Bilu

29. מנגנון הפסיקות מחייב לתת עדיפות לעבודות קצרות
לתת עדיפות לקלט/פלט המקושר לעבודות להשגת ניצול מקסימלי של רכיבי קלט/פלט
לקבוע את האופי של העבודה ואת התזמון שלה על פי אופייה
Operating Systems
Shayke Bilu