Sistema operativo

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Sistemas OperativosSistemas Operativos

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Índice:
1. Planificación de Sistemas en
Tiempo Real
2. Planificación de
Multiprocesadores
3. Ejemplos de Planificación
2

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Índice:
1. Planificación de Sistemas en
Tiempo Real
2. Planificación de
Multiprocesadores
3. Ejemplos de Planificación
3

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1. Planificación de Sistemas en Tiempo Real
1. Definición de Sistema en Tiempo Real
2. Modelos de planificación
3. Planificación por plazos

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1. Planificación de Sistemas en Tiempo Real
1. Definición de Sistema en Tiempo Real
2. Modelos de planificación
3. Planificación por plazos

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1.1 Definición de Sistema en Tiempo Real
 Sistema que debe ejecutar actividades respetando
unas restricciones temporales.
 Clasificación de actividades:
Por cumplimiento:
• Rígidas: incumplimiento causa malfuncionamiento
• Flexibles: incumplimiento causa degradación calidad
• Opcionales: incumplimiento no tiene mayores consecuencias
Por periodicidad:
• Aperiódicas
• Periódicas
– Fijas
– Movibles
tT T T

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1. Planificación de Sistemas en Tiempo Real
1. Definición de Sistema en Tiempo Real
2. Modelos de planificación
3. Planificación por plazos

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1.2 Modelos de Planificación
1. Planificación Apropiativa con Prioridades
Estáticas
Aplicabilidad: cualquier sistema (solución clásica)
Se utiliza un planificador genérico
El quid de la cuestión: asignación de
prioridades:
• Se analizan las actividades (periodicidad y
cumplimiento)
• Se clasifican por niveles, según cumplimiento y
frecuencia
• Se asignan prioridades estáticas a cada nivel
Dificultad: garantizar planificabilidad

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1.2 Modelos de Planificación
2. Planificación con Tablas Estáticas
Aplicabilidad: todas las actividades periódicas
Se construye planificador ad-hoc
Metodología:
• Se calcula ciclo de ejecución (duración: mcm periodos)
• Se analizan actividades y establece plan de ejecución
• Planificador lanza cada actividad cuando corresponde

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1.2 Modelos de Planificación
3. Planificación Dinámica
Aplicabilidad: todas las actividades periódicas +
alguna aperiódica flexible u opcional
Se construye planificador ad-hoc
Metodología:
• Se parte de un plan de ejecución con las actividades
periódicas
• Si llega actividad periódica se intenta acomodar en el
plan:
– Retrasando una flexible
– Eliminando una opcional
• Si no se puede acomodar: se descarta

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1.2 Modelos de Planificación
4. Planificación por mejor resultado
Aplicabilidad: cualquier sistema (orientado a
actividades aperiódicas)
Metodología:
• Se definen plazos de ejecución para actividades
• El planificador organiza las actividades de forma que
se cumplan los plazos

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1. Planificación de Sistemas en Tiempo Real
1. Definición de Sistema en Tiempo Real
2. Modelos de planificación
3. Planificación por plazos

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1.3 Planificación por Plazos
 Criterio basado en Mejor Resultado
 Idea: la preferencia por usar el procesador lo
tiene aquella actividad que está más próxima a
salirse de plazo.
 Concepto de plazo:
Plazo Final: la actividad ha de comenzar y
terminar dentro del plazo.
Plazo Inicial: basta con que la actividad comience
dentro del plazo
tP tP

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1.3 Planificación por Plazos
 Ejemplo: aplicación a dos actividades periódicas
flexibles.
Suponemos que el plazo de cada actividad expira al acabar
cada periodo
T t
A 4 2
B 10 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

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Índice:
1. Planificación de Sistemas en
Tiempo Real
2. Planificación de
Multiprocesadores
3. Ejemplos de Planificación
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2. Planificación de Multiprocesadores
1. Tipos de sistemas multiprocesadores
2. Paralelismo
3. Aspectos de Diseño
4. Planificación de hilos en multiprocesadores

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2. Planificación de Multiprocesadores
1. Tipos de sistemas multiprocesadores
2. Paralelismo
3. Aspectos de Diseño
4. Planificación de hilos en multiprocesadores

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2.1 Tipos de Multiprocesadores
 Multiprocesadores con Acoplamiento Débil
Procesadores no comparten memoria
Comunicados entre sí por algún sistema de
comunicaciones
No ha lugar a planificación!
 Procesadores especializados
Su función no es la ejecución de código de los procesos
Colaboran con procesador principal: coprocesadores
matemáticos, video, audio, etc.
No ha lugar a planificación!
 Multiprocesadores con Acoplamiento Fuerte
Comparten memoria y Sistema Operativo
Consecuencia: paralelismo real

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2. Planificación de Multiprocesadores
1. Tipos de sistemas multiprocesadores
2. Paralelismo
3. Aspectos de Diseño
4. Planificación de hilos en multiprocesadores

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2.2 Paralelismo
 Aplicaciones paralelas: formadas por varios
procesos/hilos que pueden colaborar entre sí
 Grados de paralelismo:
Procesos independientes: no hay colaboración entre
ellos
Interacción baja o débil: la colaboración se de forma
muy esporádica.
Interacción media: se produce frecuente colaboración
Interacción alta: se produce colaboración muy
frecuente, cada muy pocas instrucciones.

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2. Planificación de Multiprocesadores
1. Tipos de sistemas multiprocesadores
2. Paralelismo
3. Aspectos de Diseño
4. Planificación de hilos en multiprocesadores

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2.3 Aspectos de diseño
 Relación entre procesadores:
Sistemas Amo/Esclavo
vs
Multiprocesadores simétricos
 Asignación de procesos a procesadores:
Asignación Dinámica
vs
Asignación Estática
 Multiprogramación interna de procesadores
SI
vs
NO

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2.3 Aspectos de diseño
 Relación entre procesadores:
Multiprocesamiento Simétrico
Sistema Amo/Esclavo

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2.3 Aspectos de diseño
Sistemas Amo/Esclavo
 Ventajas:
Planificación similar a versión monoprocesador (pueden
haber N procesos activos)
Planificación no concurrente
¡Sistema operativo más simple!
 Inconvenientes:
Si hay muchos procesadores: Amo = cuello de botella
Fiabilidad: Amo = elemento crítico

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2.3 Aspectos de diseño
Multiprocesamiento simétrico
 Ventajas:
No hay cuello de botella
Mayor fiabilidad (incluso tolerante a fallos)
 Inconvenientes:
Sistema operativo se ejecuta concurrentemente
¡Incluso planificación es concurrente!
Sistema operativo más complejo

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2.3 Aspectos de diseño
 Asignación de procesos a procesadores
Asignación Estática
P6
P1 P2
P3 P4 P5
P7 P8 P9 P10 P11 P12

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2.3 Aspectos de diseño
 Asignación de procesos a procesadores
Asignación Dinámica
P6P1 P2 P3 P4 P5

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2.3 Aspectos de diseño
Asignación dinámica
 Ventajas:
Facilita repartir la carga de trabajo
 Inconvenientes:
Cambiar un proceso de procesador puede implicar
penalización si usa memoria no compartida
Mayor complejidad:
• Cola de procesos = recurso compartido
• Más tomas de decisiones
P6P1 P2 P3 P4 P5

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2.3 Aspectos de diseño
Asignación estática
 Ventajas:
Menos tomas de decisiones
Mayor simplicidad
Permite implementar planificación por grupos
 Inconvenientes:
Posible mal balance de carga de trabajo
P6
P1 P2
P3 P4 P5
P7 P8 P9 P10 P11 P12

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2.3 Aspectos de diseño
 Multiprogramación de procesadores:
¿Merece la pena multiprogramar cada procesador?
Si aplicaciones con alto grado de interacción y
suficientes procesadores: NO multiprogramar
En otro caso: SI multiprogramar
¿Procesadores ociosos?
No es de preocupar, si hay muchos

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2. Planificación de Multiprocesadores
1. Tipos de sistemas multiprocesadores
2. Paralelismo
3. Aspectos de Diseño
4. Planificación de hilos en multiprocesadores

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 Planificación de hilos: particularidades por su
aplicabilidad a aplicaciones de alto grado de
interacción
 Modelos:
Compartición de carga
Planificación por grupos
Asignación de procesadores en exclusividad
Planificación dinámica

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 Se matiene una lista global de hilos preparados
 Al primer procesador que queda libre, se le asigna
primer hilo de lista
 Ventajas:
Tiende a repartir carga de trabajo entre procesadores
Método de selección inmediato
Se puede implementar como sistema simétrico
Compartición de carga

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 Inconvenientes:
Siguiente hilo no tiene por qué pertenecer a mismo
proceso → Mala gestión caché
Cola de hilos preparados: recurso compartido
• Necesidad de coordinación entre procesadores
• Posible cuello de botella
No garantiza paralelismo real entre hilos de un mismo
proceso: no apto para grado de interacción alto.
Compartición de carga

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 Indicado para aplicaciones con grado de interacción
Medio
Alto
 Idea: formar grupos de hilos que se ejecutan en
paralelo activando y desactivando todos los hilos en
bloque.
Planificación por grupos
H1 H2 H3
H4 H5
H6 H7

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 Cuando se crea un hilo, se le asigna un procesador
 No se le retira en ningún momento
¡Ni siquiera en caso de bloqueo!
 Procesador sólo se libera a la terminación del hilo
Asignación de procesadores en exclusividad
 Justificación:
Contexto de aplicación: grandes multiprocesadores
Objetivos:
• Garantizar paralelismo
• Reducir tiempos de terminación

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2.4 Planificación de hilos en multiproc.
 La asignación/liberación de procesadores las
efectúa el propio proceso
 Pensado para lenguajes con soporte de hilos:
Ada
Java
 SO dispone en API de llamadas para manipulación
de procesadores
Planificación dinámica

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Índice:
1. Planificación de Sistemas en
Tiempo Real
2. Planificación de
Multiprocesadores
3. Ejemplos de Planificación
38

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3. Ejemplos de planificación
1. Planificación en MINIX
2. Planificación en Windows 2000
3. Planificación Linux

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3. Ejemplos de planificación
1. Planificación en MINIX
2. Planificación en Windows 2000
3. Planificación Linux

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3.1 Planificación en MINIX
 Planificación mediante colas multinivel:
TASK_Q: Turno rotatorio hasta bloqueo (sin
apropiación)
SERVER_Q: Turno rotatorio hasta bloqueo
USER_Q: Turno rotatorio con ranura de 100 ms.
Planificador
MINIX
-prioridad+
Gestor
Floppy
Gestor
HD
Gestor
Disco RAM
TASK_Q
Admin.
Archivos
Admin.
Memoria
SERVER_Q
Proc.
usuario init
USER_Q

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3. Ejemplos de planificación
1. Planificación en MINIX
2. Planificación en Windows 2000
3. Planificación Linux

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3.2 Planificación en Windows 2000
 Planificador de hilos mediante colas multinivel
32 Colas (o prioridades, según terminología Microsoft)
31
30
.
:
16
15
2
.
:
1
0
Nivel de Tiempo Real
Nivel de Prioridad Variable
TR1 TR2
TR3
Zero Page Thread
PV1 PV2
PV3 PV4 PV5
TR4 TR5 TR6
-prioridad+

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3.2 Planificación en Windows 2000
 Planificación prioridades variable:
Prioridad inicial= prioridad del proceso + prioridad relativa
hilo
• prioridad del proceso: [1..15]
• prioridad del hilo: [-2 .. 2]
Priority Boost: si en varias ocasiones hilo se bloquea antes
de terminar cuanto: se incrementa su prioridad.
Límites de la prioridad dinámica:
• Límite inferior: menor (prioridad proceso – 2, 1)
• Límite superior: 15
 Duración del cuanto:
Versiones de sobremesa: 6 ticks
Versiones para servidores: 36 ticks
En plataformas monoprocesador: 1 tick = 10ms
En plataformas multiprocesador: 1 tick= 15ms

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3.2 Planificación en Windows 2000
 Si hay N procesadores:
Los N-1 hilos de mayor prioridad se asignan a N-1
procesadores y se activan hasta bloqueo
El procesador restante es compartido por los demás hilos
 Afinidad por procesador:
Un hilo puede declarar afinidad por un procesador
Sólo se activará sobre dicho procesador
Si hilo preparado pero procesador no está libre → hilo
espera

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3. Ejemplos de planificación
1. Planificación en MINIX
2. Planificación en Windows 2000
3. Planificación Linux

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3.2 Planificación en Linux (2.6)
 Planificador de hilos mediante colas multinivel
140 Colas (también llamadas prioridades)
0
1
.
:
99
100
138
.
:
139
Nivel de
Tiempo Real
S_F1 S_F2
S_R1
S_O1 S_O2
S_O3 S_O4
S_F3 S_R2
-prioridad+
0
1
.
:
99
100
138
.
:
139
S_R3 S_F4
S_O5
S_O6
S_O7 S_O8
S_F4
Colas Activas Colas Expiradas
Nivel de
Prioridad
Variable

48. 48
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3.3 Planificación en Linux (2.6)
 Planificación hilos tipo SCHED_FIFO
Sólo perderá la CPU en los siguientes casos:
• Bloqueo
• Cede CPU voluntariamente mediante sched_yield()
• Es apropiado por otro hilo SCHED_FIFO de mayor prioridad
Si hay más de un hilo SCHED_FIFO preparado con la
misma prioridad → se activa el que lleva más tiempo
esperando
 Planificación hilos tipo SCHED_RR
Análoga a SCHED_FIFO, excepto en que…
Si hay más de un hilo SCHED_FIFO con la misma
prioridad → turno rotatorio

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3.3 Planificación en Linux (2.6)
 Planificación hilos tipo SCHED_OTHER
Turno rotatorio en orden descendente de prioridad
Proridad dinámica = prioridad base + bonificación
Bonificación: -5 (máxima) .. +5 (mínima)
Cálculo de la bonificación: relación tiempo bloqueo /
tiempo activo
 Duración del cuanto:
Depende de prioridad base
Entre 5 ms y 800 ms (más prioritario, cuanto más largo)
 Procesos “interactivos”:
No van a cola expirada (excepción)

50. 50
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3.3 Planificación en Linux (2.6)
 Sistemas multiprocesadores:
Cada procesador tiene sus propias colas
Reparto de carga de trabajo mediante dominios de
planificación
Dominio de planificación = conjunto de procesadores que
se mantienen equilibrados
Los dominios de planificación son jerárquicos