Ordonnancement de processus§

Systèmes d’exploitation

auteur:	Pierre-Antoine Champin
adresse:	Département Informatique - IUT - Lyon1
licence:

Introduction§

Rappel§

Rôle de l’ordonnanceur: choisir, parmi tous les processus élibibles, lequel va devenir élu → politique d’ordonnancement

• stratégies typiques
• autres critères

États d’un processus

Stratégies typiques§

FIFO sans préemption§

• Premier arrivé, premier servi
• Ordonnancement coopératif (pas de préemption) : les processus rendent la main « de leur plein gré »,
  • lorsqu’ils se terminent,
  • lorsqu’ils se bloquent,
  • lorsqu’ils font l’appel système yield.

FIFO sans préemption: inconvénients§

• temps de réponse dépend du processus qui a la main
  • tant qu’il ne rend pas la main, les autres doivent attendre
• pénalise les processus courts
  • proportion temps d’attente / temps d’exécution

FIFO sans préemption: avantages§

• simple
• surcoût faible
• équitable

Adapté dans les contextes suivants

• nombreux cœurs de calcul
• processus très fréquemment bloqués (gestions E/S)
• machine peu puissante, ou le surcoût doit être minimisé

FIFO sans préemption (3)§

Utilisations :

• certains systèmes batch
  • faible surcoût, meilleure utilisation du/des processeur(s)
  • pas de contrainte de temps de réponse
• Mac OS < X (multitâche coopératif)
  • faible surcoût, intéressant pour une machine lente
• Processus « temps réel » sous Linux
  • processus de gestion des E/S, fréquemment bloqués mais nécessitant une réaction très rapide aux interruptions matérielles

Tourniquet§

• FIFO avec préemption
• Chaque processus reçoit un quantum de temps
• Une fois le quantum épuisé, le processus passe la main au retourne dans la file d’attente
• En anglais : round robin (ruban rond)

Tourniquet (2)§

• En diminuant la durée du quantum :
  • le temps de réponse diminue, mais…
  • le surcoût augmente
• Le quantum idéal dépend de la durée moyenne d’une interaction et du nombre de processus…

Tourniquet (3)§

+ temps de réponse borné, indépendamment des processus (calculs ou E/S)

+ équitable

- très sensible au choix du quantum

- défavorise les processus orientés E/S (bloqués avant la fin de leur quantum)

Shortest Job Next§

• On donne toujours la main à celui qui va mettre le moins de temps avant de se bloquer / terminer
  • suppose d’avoir une connaissance / estimation de ce temps pour chaque processus : hypothèse forte
• Avantages
  • maximise le temps de réponse, le débit (nombre de processus terminés par unité de temps)
• Inconvénients
  • surcoût
  • inéquitable, famine possible (processus calculatoires)

Highest Response Ratio Next§

• Variante de la stratégie précédente :

  on prend en compte le ratio du temps que le processus a passé à attendre sur le temps dont il a besoin

• Supprime le problème de famine

  • plus un processus attend, plus il augmente ses chances d’obtenir la main

• Mais suppose toujours la connaissance du temps d’exécution

Multilevel Feedback§

• Plusieurs files, ordonnées par priorité
• Lorsqu’un processus se bloque ou se termine, il retourne dans la même file
• Lorsqu’il épuise son quantum, il passe dans la file suivante
• Favorise le temps de réponse des processus orientés E/S

Multilevel Feedback (variantes)§

• En cas d’attente prolongée dans la dernière file (famine), un processus peut « remonter » progressivement

• Chaque file peut avoir une durée de quantum différente

  (priorité haute → quantum court)

Autres critères§

Notion de priorité§

• Certaines stratégies donnent la priorité à certains types de processus (ex: SJN, HRRN, ML Feedback)

• On souhaite aussi donner à l’utilisateur la possibilité d’influer sur la priorité d’un processus

• Distinction entre :

  • priorité externe

    → propriété définie par l’utilisateur, variant peu

  • priorité interne

    → propriété gérée par l’ordonnanceur, variant plus souvent

Notion de priorité (2)§

• Exemple sous UNIX: la commande nice permet de modifier la priorité externe
• Influence de la priorité externe:
  • en fixant leur priorité interne de départ
  • en limitant la plage de priorité interne dans laquelle ils peuvent évoluer
• Les systèmes modernes possèdent plusieurs classes de priorité, hermétiques entre elles, et gérées différemment

Partage équitable (fair share)§

• Le processus n’est pas forcément le bon grain pour mesurer l’équité d’un ordonnanceur

• Dans certain cas, on peut souhaite partager le temps processeur équitablement entre

  • les utilisateurs

    → indépendamment du nombre de processus lancé par chacun d’eux

  • des groupes d’utilisateurs

    → indépendamment du nombre d’utilisateur et de processus

Temps réel§

• Objectif : garantir autant que possible aux processus certains délais

• Inconvénient : le système doit faire des estimations « dans le pire des cas »

  → dégrade les performances (temps de réponse, débit)

• Exemple de stratégie : EDF (Earliest Deadline First)

  • optimal lorsqu’il est possible de respecter tous les délais…

    …mais très mauvais lorsque le système est surchargé

Exemples réels§

Linux§

Trois classes de priorité, chacune comportant plusieurs niveaux de priorité

• « Temps réel » FIFO

  → une FIFO par niveau de priorité

• « Temps réel » tourniquet

  → un tourniquet par niveau de priorité

• Autre

  → ML Feedback « amélioré » (priorité utilisateur)

Windows§

32 niveaux de priorité, divisés en deux classes

• « Temps réel » (16-31)

  → priorité fixe, chaque niveau géré par un tourniquet

• Variable (0-15)

  • les processus migrent d’un niveau à l’autre en fonction de la consommation de leur quantum, et du type d’E/S qu’ils effectuent
  • favorise les processus interactifs (E/S clavier, souris, écan…)

Windows (suite)§

Sur un système à N processeurs

• les N-1 processus les plus prioritaires ont chacun un processeur
• tous les autres processus se partagent le dernier processeur

Conclusion§

À retenir§

• Stratégies typiques
• Variantes (compromis, priorité externe)
• Pas de stratégie idéale : dépend des besoins

• Applicable dans d’autres contextes (transparent suivant)

Ordonnanceur « applicatif »§

Exemple : serveur HTTP, gérant de nombreuses connexions simultanées:

• utiliser un processus ou un thread par connexion,

  • en laissant le système d’exploitation gérer l’ordonnancement.

• utiliser un nombre fixe de threads (potentiellement un seul),

  • en gérant « à la main » l’ordonnancement entre les connexions.

    → avantages ?