ESCALONAMENTO DE PROCESSOS

SISTEMAS OPERACIONAIS
ATSLANDS ROCHA
ESCALONAMENTO DE
PROCESSOS

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ESCALONADOR DE CPU
 Seleciona qual processo da fila de PRONTO vai
ser executado;
 Dois esquemas de escalonamentos:
 Não-preemptivo
O processo é alocado pela CPU e depois
passa para o estado de pronto ou é
terminado.
 Preemptivo
Interrompe a execução do processo para que
outro possa executar.

3
ALGORITMOS DE ESCALONAMENTO
CARACTERÍSTICAS
 A seleção de um algoritmo de escalonamento
envolve:
 1) Utilização da CPU
 A CPU deverá ficar ocupada o máximo
possível;
 2) Número de processos completados por unidade de
tempo
Se a CPU estiver ocupada, o trabalho está
sendo feito.

4
CARACTERÍSTICAS
 A seleção de um algoritmo de escalonamento
envolve:
 3 ) Tempo de retorno: intervalo entre a submissão do
processo até ele concluir
Incluindo o tempo de espera para acessar
memória, execução na CPU e operações de I/
O.
 4) Tempo de espera: soma dos períodos gastos
esperando na fila de prontos.
 5) Tempo de resposta: intervalo de submissão do
processo até a resposta.

5
CARACTERÍSTICAS
 Com o algoritmo selecionado espera-se:
 Maximizar a utilização de CPU;
 Minimizar o tempo de retorno, espera e resposta
(otimizar a média).

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ESCALONAMENTO
FCFS: FIRST-COME, FIRST
SERVED
 Quem solicita primeiro a CPU, recebe-a primeiro;
 Gerenciada por uma fila FIFO (primeiro que
entra, primeiro que sai);
 Algoritmo mais simples;
 Tempo médio de ESPERA pode ser longo.

7
ESCALONAMENTO
SERVED
 Ex: P1 ->24 ms
P2 -> 3 ms
P3 -> 3 ms
P1 P2 P3
0 24 27 30

8
ESCALONAMENTO
SERVED
 Tempo de espera:
P1 -> 0 ms
P2 -> 24ms (0ms + 24ms)
P3 -> 27 ms (24ms + 3ms)
 Tempo de espera médio: 17ms (0 + 24 + 27)/3
P1 P2 P3
0 24 27 30

9
ESCALONAMENTO
SERVED
 Pode deixar a CPU e dispositivos I/O ociosos;
 Não-preemptivo;
 Problemático em sistemas de tempos
compartilhado, onde deseja-se suprir vários
usuários.

10
ALGORITMO DE
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
 Associa a cada processo a duração de seu próximo
surto de CPU;
 A CPU é atribuída ao processo que tem o menor
próximo surto de CPU;
 Surtos iguais, usa-se FCFS para desempate.

11
ALGORITMO DE
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
 Ex: P1 -> 6ms
P2-> 8ms
P3-> 7ms
P4-> 3ms
P4 P1 P3 P2
0 3 9 16 24

12
ALGORITMO DE
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
 Tempo de espera:
P1 -> 3 ms
P2 -> 16ms
P3 -> 9 ms
P4 -> 0 ms
 Tempo espera médio - 7ms (FCFS seria 10,25 ms)
P4 P1 P3 P2
0 3 9 16 24

13
ALGORITMO DE
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
 Escalonamento ótimo
 Fornece o tempo médio de espera mínimo!
 Dificuldade: conhecer a duração do próximo surto
(pedido) de CPU!

14
ALGORITMO DE
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
 Quando um processo chega na fila de prontos e
outro ainda está em execução:
 SJF Não-preemptivo: permite que o processo em
execução termine seu surto de CPU;
 SJF Preemptivo: Se o processo tiver o próximo surto
menor do que o resto do processo que está
executando, este será interrompido.

15
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
PREEMPTIVO
 Exemplo:
 Processo Instante Chegada Duração Surto
P1 0 8
P2 1 4
P3 2 9
P4 3 5
P1 P2 P4 P1
0 1 5 10 17 26
P3

16
ESCALONAMENTO
SJF: JOB MAIS CURTO
PREEMPTIVO
 Tempo de espera médio Preemptivo: 6,5 ms
 Tempo de espera médio SJF Não-preemptivo seria
7,75 ms
P1 P2 P4 P1
0 1 5 10 17 26
P3

17
ESCALONAMENTO
ESCALONAMENTO POR
PRIORIDADES
 CPU é alocada ao processo com prioridade mais
alta;
 Processo com prioridades iguais são escalonadas
na ordem FCFS.

18
ESCALONAMENTO
ESCALONAMENTO POR
PRIORIDADES
 Exemplo:
P1 -> 10ms com Pri = 3
P2 -> 1 ms com Pri = 1
P4 -> 1ms com Pri = 5
*0 é a maior prioridade!
P2 P5 P1 P3
0 1 6 16 18 19
P4

19
ESCALONAMENTO
ESCALONAMENTO POR
PRIORIDADES
 Tempo de espera médio - 8,2 ms
P2 P5 P1 P3
0 1 6 16 18 19
P4

20
ESCALONAMENTO
ESCALONAMENTO POR
PRIORIDADES
 Preemptivo ou Não-preemptivo
 Quando um processo chega na fila de prontos, sua
prioridade é comparada com a do processo em
execução;
 Não-Preemptivo: Coloca o processo no topo da fila de
pronto;
 Preemptivo: Se a prioridade for maior, o algoritmo
interrompe o processo atual.

21
ESCALONAMENTO
ESCALONAMENTO POR
PRIORIDADES
 Problema: Bloqueio por tempo indefinido
 Alguns processos de baixa prioridade podem esperar
indefinidamente pela CPU.
Ou ele pode ser executado às “2h da manhã
de domingo” ou é perdido em eventuais
falhas do sistema.
 Solução: Envelhecimento
 Exemplo: A cada 15min os processos em espera
sobem 1 ponto na prioridade.

22
ALGORITMO DE ESCALONAMENTO
ROUND-ROBIN (RR)
 Semelhante ao FCFS, mas é PREEMPTIVO;
 Utilização de quantum (fatia de tempo);
 Geralmente, o tempo de espera médio é longo;
 Revezamento circular
 A fila de prontos é tratada como uma fila circular!

23
ROUND-ROBIN (RR)
 A fila de prontos é FIFO (First In, First Out);
 Escalonador percorre a fila de pronto e aloca a
CPU a cada processo por um quantum
 Surto de CPU do processo > quantum
Tempo esgota e causa-se uma interrupção.
Há troca de contexto e um novo processo
executa
 Surto de CPU do processo < quantum
CPU é liberada e o próximo da fila executa

24
ROUND-ROBIN (RR)
 Ex: P1-> 24 ms
P2-> 3 ms
P3-> 3 ms
Quantum = 4 ms
P1 P2 P3 P1
0 4 7 10 14 18 22 26 30
P1 P1 P1 P1

25
ROUND-ROBIN (RR)
 Tempo médio de espera: 5,66
 Nenhum processo recebe quantas* consecutivos (a não ser
que seja o único processo pronto)
* Quantas = plural de quantum
P1 P2 P3 P1
0 4 7 10 14 18 22 26 30
P1 P1 P1 P1

26
ROUND-ROBIN (RR)
 DEPENDE do tamanho do quantum
 Se for muito grande, será como o FCFS;
 Se for muito pequeno (Ex: 1 μs), terá muitas trocas de
contextos (desperdício de recursos);
 Regra geral: 80% dos surtos de CPU dos processos deve
ser menor que o quantum.

27
ROUND-ROBIN (RR)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P5 P1
0 6 10
0 10
Quantum = 12 Troca Contexto =0
Quantum = 6 Troca Contexto =1
Quantum = 1
Troca Contexto = 9

APLICAÇÕES
 Sistemas em Lote
 Job mais curto primeiro.
 Sistemas Interativos
 Round Robin;
 Classes de prioridades.(?!)

29
 Há outra classe de algoritmos para processos
agrupados
 Exemplo de grupos:
Processos de primeiro plano (interativos) e
de segundo plano (batch).
 Os grupos têm diferentes requisitos de tempo de
resposta e prioridades e podem ter necessidades
diferentes de escalonamento.

30
ESCALONAMENTO POR MÚLTIPLAS
FILAS
 Divide a fila de processos PRONTOS em várias
filas separadas;
 Os processos são atribuídos a uma fila com base
em um filtro (tamanho da memória, prioridade,
tipo, etc);
 Os processos não passam de uma fila para outra
 Vantagem: baixo custo de escalonamento;
 Desvantagem: Inflexível.

31
FILAS
 Cada fila tem seu próprio algoritmo de
escalonamento
 Ex: Uma fila pode ser escalonada por um algoritmo
RR e outra por FCFS.
 Há escalonamento entre as filas
 Geralmente há escalonamento preemptivo de
prioridade fixa.
Ex: A fila de primeiro plano tem prioridade
absoluta sobre a fila de segundo plano.

32
FILAS
Processos interativos
Processos de edição interativa
Processos em batch
Processos secundários
Processos do sistema
Prioridade mais alta
Prioridade mais baixa

33
FILAS
 Exemplo:
 Nenhum processo da fila de edição interativa pode
executar a menos que as filas de processos do sistema
e processos interativos estejam vazias;
 Se um processo de interativo entrasse na fila de
prontos enquanto um processo de edição interativa
estiver executando, este é interrompido.

34
FILAS
 Há a possibilidade de dividir o tempo entre as
filas
 Cada fila obtém uma parte do tempo de CPU, que
pode ser escalonado entre os vários processos da fila.
Ex: A fila de primeiro plano pode receber
80% da CPU para escalonamento RR entre
seus processos e a fila de segundo plano
recebe 20% para escalonamento FCFS.

35
MÚLTIPLAS FILAS COM
REALIMENTAÇÃO
 Processo pode se mover entre as filas;
 Mais complexo;
 Separa-se os processos com diferentes
características de surto de CPU;
 Se um processo usar tempo de CPU excessivo, é
movido para uma fila de menor prioridade.

36
REALIMENTAÇÃO
 Assim, processos de E/S e interativos ficam nas
filas de prioridades mais altas;
 Um processo que espera demais em uma fila de
baixa prioridade pode ser passado para um fila
de maior prioridade;
 Forma de envelhecimento que evita estagnação.

37
REALIMENTAÇÃO
Quantum = 16
FCFS
Quantum = 8

38
REALIMENTAÇÃO
 Exemplo:
 Um processo entra na fila de prontos e é colocado na
fila 0 (quantum = 8);
 Se não terminar dentro de 8 ms, ele é colocado na fila
1 (quantum = 16);
 Se não completar em 16 ms, é colocado na fila 2;
 A fila 2 funciona de modo FCFS, quando as filas 1 e 2
estiverem vazias.

39
REALIMENTAÇÃO
 Exemplo (cont.):
 Assim, processos de surto de 8 ms (ou menos) têm
prioridades mais altas;
 Processos de surto entre 9 e 24 ms também são
atendidos rapidamente (com menor prioridade dos de
8 ms ou menos);
 Processos mais longos caem para fila 2 (FCFS).

40
REALIMENTAÇÃO
 Geralmente definido pelos parâmetros:
 Número de filas;
 Algoritmo de escalonamento para cada fila;
 Método para promover um processo para outra fila;
 Método para rebaixar um processo para outra fila;
 Método para selecionar uma fila para um processo.

41
MÚLTIPLOS PROCESSADORES
 Várias CPUs disponíveis, o problema do
escalonamento é mais complexo;
 Utilização de processadores idênticos em termos
de funcionalidade;
 Qualquer processador disponível pode executar
qualquer processo pronto;
 Se for usado uma fila para cada processador, um
processador pode estar ocioso, enquanto outro
está sobrecarregado.

42
 Solução: Somente uma fila de prontos para todos
os processadores.
 Processos escalonados para qualquer processador
disponível.
 Duas abordagens:
Multiprocessamento simétrico;
Multiprocessamento assimétrico.

43
 Multiprocessamento simétrico
 Cada processador tem seu escalonamento (seleciona o
processo para executar);
 Deve haver garantia que os processadores não
escolherão o mesmo processo;
 Não deve haver perda de processos na fila.

44
 Multiprocessamento assimétrico
 Todas as decisões de escalonamento e processamento
de I/O são tratadas por um processador mestre;
 Mais simples.

45
 Escalonamento de tempo real (não-crítico)
 Tempo real não-crítico: processos devem receber
prioridades mais altas que outros processos;
 A prioridade de processos de tempo real não deve
“envelhecer”;
 Desvantagem: Pode causar alocação injusta de
recursos ou resultar na paralisação de outros
processos.

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