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M1105Système d’exploitationOrdonnancement

Éric WürbelIUT R & T 1reannée

M1105 Système d’exploitation

> Plan

1 Problème d’ordonnancement

2 Algorithme FIFO

3 Plus court d’abord

4 Tourniquet (round robin)

5 Exemples et exercices

> Problème d’ordonnancement

1 Problème d’ordonnancementProblèmeDiagramme de GanttQualité de l’ordonnancementNotion de priorité

2 Algorithme FIFO

Contexte

MultiprogrammationPlusieurs processus en mémoire.

I Plusieurs processus peuvent vouloir accéder à une même ressourcesimultanément.

I Nécessité de gérer une file d’attente.

OrdonancementChoisir un processus dans la file d’attente.Nécessite d’ordonner les processus pour l’accès à la ressource.

Exemple (Ressource : Processeur)Choisir parmi les processus prêts + en execution

Contexte

MultiprogrammationPlusieurs processus en mémoire.I Plusieurs processus peuvent vouloir accéder à une même ressource

simultanément.

I Nécessité de gérer une file d’attente.

Contexte

simultanément.I Nécessité de gérer une file d’attente.

Contexte

État d’un processus

Exécution

En Attente

requête E/S

fin d’E/S(interruption)

interruption

ordonnanceur

Ordonnancement

ATTENTION !On ne s’intéresse pas à la durée totale d’un processus mais au tempspendant lequel il va garder le processeur :

I jusqu’à ce qu’il se termineI jusqu’à qu’il fasse une E/SI jusqu’à ce que l’OS décide que ce n’est plus son tour

Ordonnancement

ATTENTION !On ne s’intéresse pas à la durée totale d’un processus mais au tempspendant lequel il va garder le processeur :I jusqu’à ce qu’il se termine

I jusqu’à qu’il fasse une E/SI jusqu’à ce que l’OS décide que ce n’est plus son tour

Ordonnancement

ATTENTION !On ne s’intéresse pas à la durée totale d’un processus mais au tempspendant lequel il va garder le processeur :I jusqu’à ce qu’il se termineI jusqu’à qu’il fasse une E/S

I jusqu’à ce que l’OS décide que ce n’est plus son tour

Ordonnancement

ATTENTION !On ne s’intéresse pas à la durée totale d’un processus mais au tempspendant lequel il va garder le processeur :I jusqu’à ce qu’il se termineI jusqu’à qu’il fasse une E/SI jusqu’à ce que l’OS décide que ce n’est plus son tour

Contraintes

I Permettre au « petits » processus (ex : beaucoup d’E/S) d’accéderau processeur plus vite.

I La commutation de contexte a un coût :

I Exécution de la procédure d’ordonnancementI Sauvegarde du contexte (registres)I Chargement du nouveau contexte

Contraintes

I La commutation de contexte a un coût :

I Exécution de la procédure d’ordonnancementI Sauvegarde du contexte (registres)I Chargement du nouveau contexte

Contraintes

I La commutation de contexte a un coût :I Exécution de la procédure d’ordonnancement

I Sauvegarde du contexte (registres)I Chargement du nouveau contexte

Contraintes

I La commutation de contexte a un coût :I Exécution de la procédure d’ordonnancementI Sauvegarde du contexte (registres)

I Chargement du nouveau contexte

Contraintes

I La commutation de contexte a un coût :I Exécution de la procédure d’ordonnancementI Sauvegarde du contexte (registres)I Chargement du nouveau contexte

Quand ?

Ordonnancer quand :I le processus en exécution se termine

I un nouveau processus passe en état prêtI un processus en attente passe en état prêtI Le processus en exécution a épuisé son temps

Quand ?

Ordonnancer quand :I le processus en exécution se termineI un nouveau processus passe en état prêt

I un processus en attente passe en état prêtI Le processus en exécution a épuisé son temps

Quand ?

Ordonnancer quand :I le processus en exécution se termineI un nouveau processus passe en état prêtI un processus en attente passe en état prêt

I Le processus en exécution a épuisé son temps

Quand ?

Ordonnancer quand :I le processus en exécution se termineI un nouveau processus passe en état prêtI un processus en attente passe en état prêtI Le processus en exécution a épuisé son temps

2 Algorithme FIFO

Diagramme de Gantt

DéfinitionReprésentation graphique de l’exécution de plusieurs processus affecté àplusieurs ressources au cours du temps.

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2 Proc.1 Proc.3

Proc.2

Diagramme de Gantt

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

2 Algorithme FIFO

Objectifs de l’ordonnancement

ÉquitableTous les processus ont accès aux ressources dont ils ont besoin, enfonction de leur priorité.

EfficaceBonne répartition entre les processus E/S et calcul

RéactifLimiter le temps d’attente des processus

Critères I

ObjectifChoisir l’algorithme d’ordonnancement : minimiser ou maximiser uncritère

Taux d’utilisationProportion de temps pendant lequel la ressource est utilisée.

DébitNombre moyen de processus traités par unité de temps

Critères I

Taux d’utilisationProportion de temps pendant lequel la ressource (en l’occurrence leCPU) est utilisée.

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

taux = 56 = 83%

à maximiser

Critères I

Taux d’utilisationProportion de temps pendant lequel la ressource (en l’occurrence leCPU) est utilisée.

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

taux = 56 = 83%

à maximiser

Critères I

Taux d’utilisationProportion de temps pendant lequel la ressource est utilisée.

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

débit = 36 = 0.5

à maximiser

Critères II

Temps d’attenteTemps total passé par tous les processus dans la file prêt.

RotationDurée d’un processus : date terminaison - date création

Variante : durée - temps passé en attente d’E/S

(temps de réponse du processus : moyenne ou min-max)

Critères II

Temps d’attenteTemps total passé par tous les processus dans la file prêt.I Attente moyenne : Temps d’attente / nb de processus (à minimiser)

I Critère min-max : Algorithme qui minimise l’attente max

Critères II

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

attente = 1+0+33 = 1.33

à minimiser

Critères II

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

attente = 1+0+33 = 1.33

à minimiser

Critères II

Temps d’attenteTemps total passé par tous les processus dans la file prêt.I Attente moyenne : Temps d’attente / nb de processus (à minimiser)I Critère min-max : Algorithme qui minimise l’attente max (celle du

processus qui a le plus attendu)

Critères II

Temps d’attenteTemps total passé par tous les processus dans la file prêt.I Attente moyenne : Temps d’attente / nb de processus (à minimiser)I Critère min-max : Algorithme qui minimise l’attente max

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

max = 3à minimiser

Critères II

Temps d’attenteTemps total passé par tous les processus dans la file prêt.I Attente moyenne : Temps d’attente / nb de processus (à minimiser)I Critère min-max : Algorithme qui minimise l’attente max

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

max = 3à minimiser

Critères II

RotationDurée d’un processus : date terminaison - date créationVariante : durée - temps passé en attente d’E/S(temps de réponse du processus : moyenne ou min-max)

Critères II

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

moyenne = 3+2+43 = 2; max = 4

à minimiser

Critères II

0 1 2 3 4 5 6

Proc.1

Proc.2

Arrivées P1 P2 P3

moyenne = 3+2+43 = 2; max = 4

à minimiser

2 Algorithme FIFO

PrioritéPrincipeAssocier à chaque processus une valeur de priorité.Selon les OS : valeur entière, positive ou négative, croissante oudécroissante. . .

Structure de donnée & algorithme

I Une file d’attente par niveau de priorité

Calcul de la priorité

I Type de processus (système ou utilisateur, E/S ou calcul)I Durée (estimée) du processus, taille mémoire, nombre de fichiers

ouverts. . .I Priorité fixée par l’utilisateurI Variable au cours de l’exécution (règles du SE).

PrioritéPrincipeAssocier à chaque processus une valeur de priorité.

I Une file d’attente par niveau de prioritéI Liste ordonnée des files de priorité

Choisir le premier processus de la file la plus prioritaire.

Priorité

PrincipeAssocier à chaque processus une valeur de priorité.

I Une file d’attente par niveau de priorité

Préemption

DéfinitionUn algorithme d’ordonnancement est dit préemptif s’il peut remplacer leprocessus actuellement en exécution par un processus entrant dans la filed’attente des processus prêts.

Selon la priorité des processus

TemporalitéOrdonnancement lorsque :I Le processus en exécution passe en attente ou se termine

pas de problème de préemption

I Un processus entre en état prêtPréempter ?

Il existe différents algorithmes, préemptifs ou non

Préemption

DéfinitionUn algorithme d’ordonnancement est dit préemptif s’il peut remplacer leprocessus actuellement en exécution par un processus entrant dans la filed’attente des processus prêts.Selon la priorité des processus

Préemption

> Algorithme FIFO

2 Algorithme FIFO

> Algorithme FIFO

First In, First Out

PrincipePremier arrivé, premier servi : file d’attente

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Proc. Date DuréeP1 0 10P2 1 2P3 1 2

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

P1 P2 P3

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

P1 P2 P3

Temps d’attente

I Moyenne = 0+9+113 ≈ 6.67

I Max = 11

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Rappel des critères : équitable, efficace, réactif

Avantages

I Simple à implanterI Équitable : tous les processus ont accès à la ressource (dans l’ordre

d’arrivée).

Inconvénients

I Peu efficace : les processus de calculs monopolisent le processeurI Peu réactif : certains processus peuvent attendre très longtemps

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Avantages

d’arrivée).

Inconvénients

> Algorithme FIFO

First In, First Out

Avantages

d’arrivée).

Inconvénients

> Plus court d’abord

2 Algorithme FIFO

Plus court d’abord

PrincipeAlgorithme préemptif ; priorité = temps restant (estimé)But : favoriser les processus courts (E/S) → réactif !

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

P1 P2 P3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

P1 P2 P3 P1

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Exemple

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2P3

P1 P2 P3 P1

Temps d’attente

I Moyenne = 4+0+23 = 2

I Max = 4

Temps restant

ProblèmeComment connaît-on le temps restant d’un processus ?(avant requête d’E/S ou interruption)

EstimationÀ partir des durées et des estimations des cycles précédents : moyenneexponentielleSoit :I dn durée estimée lors de la neutilisation du CPUI tn durée réelle lors de la neutilisation du CPUI α un facteur de pondération (généralement α = 1

2).dn+1 = αdn + (1− α)tn

Temps restant

ProblèmeComment connaît-on le temps restant d’un processus ?(avant requête d’E/S ou interruption)

EstimationÀ partir des durées et des estimations des cycles précédents : moyenneexponentielleSoit :I dn durée estimée lors de la neutilisation du CPUI tn durée réelle lors de la neutilisation du CPUI α un facteur de pondération (généralement α = 1

2).dn+1 = αdn + (1− α)tn

Avantages

I Réactif : les petit processus passent en premierI Optimal sur le temps d’attente moyen

Inconvénients

I Pas forcément efficace : les processus de calcul ont « moins » leprocesseur s’il y a beaucoup de processus d’E/S.

I Non équitable : on peut avoir des famines des gros processus.

Avantages

Inconvénients

Avantages

Inconvénients

> Tourniquet (round robin)

2 Algorithme FIFO

Tourniquet (Round-Robin)

PrincipeAllouer des tranches de processeur égales à tout le monde.(FIFO avec quantum de temps)But : attente partagée → équitable !

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 4

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 4

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 4

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

P1 P2 P3

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 4

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

P1 P2 P3 P1

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 4

Exemple0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1 P2

P1 P2 P3 P1

Quantum = 3

Temps d’attente

I Moyenne = 4+2+43 ≈ 3.33

I Max = 427

Tourniquet (Round-Robin

Avantages

I Équitable : tout le monde a le processeur aussi rapidementI Relativement réactif : les petits processus n’attendent pas trop

Inconvénients

I Temps d’attente moyen plus élevéI Beaucoup de commutations : surcoût !

Avantages

Inconvénients

Avantages

Inconvénients

En pratique

I Largement utilisé dans les SE, avec quantum ≈ 2 à 10 fois le tempsde commutation de contexte

I Efficace dès que la durée réelle (tn) de 80% des processus estinférieure au quantum.

> Exemples et exercices

2 Algorithme FIFO

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