Режимы управления вычислениями. Дисциплины обслуживания заданий

По аналогии с режимами управления работой ПВМ (раздел 5.3) существует следующее разделение вычислительных систем, связанное с режимами управления выполнением заданий в этих системах.

1) Синхронная система работает по тактам, которые разделяются на макро-такты выполнения заданий и микро-такты выполнения шагов преобразования задания (табл.8.1). Новые задания поступают в начале каждого макро-такта. Все последующие действия по выполнениюзаданий иудалению их из системы выполняются по микро-тактам.

Каждое воздействие системы управления на соответствующие объекты (ресурсы) происходит в одно и то же время и заканчивается одновременно (по завершению микро-такта). Это означает, что в синхронных неоднородных системах имеет место простой ресурсов, так как разные задания требуют разного времени выполнения на разных ресурсах.

При составлении расписания в таких системах необходимо предусматривать балансирование загрузки оборудования (раздел 9.4). В синхронных системах допускается использование фиксированной структуры ресурсов (раздел 7.3) и медленных алгоритмов статического планирования (раздел 9.4).

2) Асинхронная система характеризуется квантованием времени выполнения заданий. Один квант равен времени одного шага преобразования задания (табл.8.1).

Состояние системы считается неизменным в течение одного кванта. Система воздействует на тот или иной объект в разное время (в разных квантах), которое определяется моментом окончания предыдущего действия на этот объект. Наличие свободного ресурса в системе активизирует действия диспетчера системы, который анализирует очередь заданий с целью загрузки нового задания на освободившийся ресурс.

Схема планирования при этом сложнее, чем в синхронных системах, поскольку планирование должно быть динамическим с использование реконфигурированнойсистемыресурсов(раздел 7.3) и быстрых алгоритмов планирования (раздел 9.4). Однако при этом не требуется балансирование загрузки ресурсов системы.

Дисциплины обслуживания заданий. Эффективность работы системы зависит не только от эффективности алгоритмов обработки информации и технических характеристик системы, но и от принятых в ней правил (дисциплин) выполнения работ, а также приема и обработки запросов пользователей.

Основные дисциплины обслуживания заданий представлены на рис. 8.3.

1)Линейные дисциплины обслуживания (рис. 8.3) не имеют приоритетов, поэтому задания при входе в систему считаются равноприоритетными и выполняются согласно одному из следующих правил:

а) первой получает обслуживание задание, которая пришла первой (First Input - First Output) ( FIFO );

б) первой получает обслуживания задание, которая поступила последней (инверсное обслуживание) (Last Input - First Output ) ( LIFO);

в) задания выбираются для обслуживания случайным образом.

Наиболее предпочтительной из них является FIFO, которая имеет меньшую дисперсию ожидания.

Рис. 8.3. Дисциплины обслуживания заданий

2) Циклические дисциплины обслуживания (рис. 8.3) обеспечивают обслуживание заданий центральным процессором согласно их поступлению в течение определенного кванта времени (цикла). Если обслуживание завершается в течение этого кванта, то обслуженная задание покидает ресурс и на обслуживание поступает задание, которая следует за ней в очереди. Недообслуженное задание размещается в конце очереди и ожидает следующего цикла окончательного обслуживания.

В циклическом режиме важным является выбор величины кванта времени Т. Если Т велико, циклический алгоритм приближается к алгоритму FIFO. При уменьшении Т сокращается время обслуживания коротких заданий, но при этом время переключения процессора на другую задание будет больше, чем время обслуживания.

Многоприоритетный циклический алгоритм использует очереди заданий с приоритетами. Первая очередь имеет наибольший приоритет. Внутри очереди задания имеют равный приоритет. Новая задание помещается в очередь с наибольшим приоритетом. Если при завершении кванта обслуживание задания не завершилось, то она помещается в конец очереди с меньшим приоритетом, чем предыдущая. Заявки в последней очереди обрабатываются без прерывания.

Комбинированный алгоритм представляет собой комбинацию простого и многоприоритетного циклических алгоритмов.

3) Дисциплины с фиксированным приоритетом (рис. 8.3) присваивают приоритет задачам большей важности до поступления их в систему. Эти дисциплины предполагают неизменность приоритетов заданий в течение времени ожидания и их обработки системой.

В алгоритмах с относительным фиксированным приоритетом появление задания с высоким приоритетом не вызывает прерывания обслуживания заданий с меньшим приоритетом. Обслуживание каждой новой задания начинается, как только прекращается обслуживание предыдущей задания, несмотря на то, что последняя имеет более низкий приоритет. Как результат указанного ограничения, время ожидания и очереди для заданий с большим приоритетом может оказаться очень большим.

Уменьшения времени ожидания заданий с высоким приоритетом достигают путем введения абсолютных приоритетов. Обслуживание заданий с низким приоритетом прерывается каждый раз, когда в системе появляется задание с более высоким приоритетом. Заявки с одинаковым приоритетом получают обслуживание в соответствии с порядком их появления в системе.

Время ожидания заданий с низким приоритетом при прерывании зависит также от метода восстановления прерванного обслуживания. Существуют дисциплины с восстановлением или потерей кванта обслуживания.

При использовании алгоритма с абсолютным приоритетом возникает проблема целесообразности прерывания заданий с низким приоритетом заданиеми с абсолютным приоритетом. Для оценки эффективности абсолютного приоритета определяют общие потери времени, связанные с ожиданием заданий при его применении. Дисциплина обслуживания, при которой используются критерии эффективности и системы штрафов для оценки абсолютных приоритетов, называется адаптивным обслуживанием.

4) Дисциплины с динамическим приоритетом (рис. 8.3) сочетают в себе рациональный компромисс между достоинствами и недостатками рассмотренных выше дисциплин обслуживания.

Поскольку относительная важность заданий может меняться в зависимости от времени их ожидания, то появляется необходимость в динамичных алгоритмах обслуживания. При их использовании приоритет заданий зависит от реального времени обслуживания и от продолжительности ожидания задания в памяти ПВМ.

В некоторых системы необходимо осуществлять строгие ограничения на время ожидания заданий с низким приоритетом. Это время может оказаться недопустимо большим. Для ограничения времени ожидания некоторым заданием присваивают абсолютные приоритеты, часть заданий получают относительные приоритеты, а остальные обслуживаются без приоритетов. Такая дисциплина с динамическим приоритетом называется смешанной.