จัดทำโดย นายอุกฤษฏ โอภาสปุญญานนท์ รหัสนักศึกษา 6031280070
บทที่ 3 การจัดเวลาซีพียู CPU Scheduling
บทที่ 3 การจัดเวลาซีพียู CPU Scheduling
เนื้อหา
- การจัดเวลาซีพียู
- การจัดคิวในระยะสั้น
- การจัดคิวในระยะสั้น
- การจัดคิวในระยะยาว
- ระบบหลายโปรเซสเซอร์
- การทำงานของระบบหลายโปรเซสเซอร์
- ระบบหลายโปรเซสเซอร์
- การทำงานของระบบหลายโปรเซสเซอร์
การจัดเวลาซีพียู (CPU Scheduling)
- การจัดเวลา CPU เป็นหลักการทำงานหนึ่งของ OS ที่ทำให้คอมพิวเตอร์มีความสามารถในการรันโปรแกรมได้หลาย ๆ โปรแกรมในเวลาเดียวกัน
- เหตุการณ์ที่ซีพียูเปลี่ยนจากการทำงานหนึ่งไปยังอีกงานหนึ่งเรียกว่า การเปลี่ยนสถานะ (context switching)
- เหตุการณ์ที่ซีพียูเปลี่ยนจากการทำงานหนึ่งไปยังอีกงานหนึ่งเรียกว่า การเปลี่ยนสถานะ (context switching)
เป้าหมาย
*ใช้งานซีพียูได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
*ใช้งานซีพียูได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
สิ่งที่ต้องคำนึง
*ในระบบโปรเซสเซอร์เดียวซีพียูจะทำงานได้ครั้งละ 1 งาน
*ถ้ามีหลาย ๆ งานจะต้องเกิดการรอ
ระบบโปรแกรมเดียว- ไม่ซับซ้อน
- ทำงานทีละโปรแกรมจนเสร็จกระบวนการ
- ทำงานตัวเองจนเสร็จ หรือจนกระทั่งมีการรออะไรบางอย่าง เช่น I/O
- การรอนี้ทำให้ซีพียูเกิดการว่างงาน อยู่เฉย (idle)
- ทำงานทีละโปรแกรมจนเสร็จกระบวนการ
- ทำงานตัวเองจนเสร็จ หรือจนกระทั่งมีการรออะไรบางอย่าง เช่น I/O
- การรอนี้ทำให้ซีพียูเกิดการว่างงาน อยู่เฉย (idle)
ระบบหลายโปรแกรม
- เสมือนกับหลายโปรแกรมดำเนินไปพร้อมกัน
- จะไม่ยอมให้ซีพียูเกิดการรอ
- โปรเซสใดมีการรอการใช้ อุปกรณ์ I/O จะมีการนำออกไปจากซีพียู และนำโปรเซสใหม่เข้าไป-ใช้งานซีพียูแทน
- เสมือนกับหลายโปรแกรมดำเนินไปพร้อมกัน
- จะไม่ยอมให้ซีพียูเกิดการรอ
- โปรเซสใดมีการรอการใช้ อุปกรณ์ I/O จะมีการนำออกไปจากซีพียู และนำโปรเซสใหม่เข้าไป-ใช้งานซีพียูแทน
ข้อพิจารณาในการจัดเวลา
- การใช้สอยซีพียู (CPU Utilization)
- ทรูพุต (Throughput)
- เวลาทั้งหมด (Turnaround Time)
- เวลารอคอย (Waiting Time)
- เวลาตอบสนอง (Response Time)
- ทรูพุต (Throughput)
- เวลาทั้งหมด (Turnaround Time)
- เวลารอคอย (Waiting Time)
- เวลาตอบสนอง (Response Time)
การใช้สอยซีพียู(CPU Utilization) : การใช้ประโยชน์จากซีพียูอย่างสูงสุด โดยทำให้ซีพียูมีงานทำมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซีพียูควรจะถูกใช้อยู่ระหว่าง 40-90 %
ทรูพุต (Throughput) : จำนวนงานที่เสร็จต่อหน่วยเวลา
เวลาทั้งหมด (Turnaround Time) : คือช่วงเวลาทั้งหมดที่ใช้ในการทำงานใดงานหนึ่งตั้งแต่เริ่มต้นเข้าไปในระบบ จนงานถูกทำจนเสร็จเรียบร้อย (รวมเวลาที่รอเข้าหน่วยความจำ เวลาที่คอยอยู่ในคิว เวลาที่ใช้ซีพียู และเวลาของอินพุต/เอาต์พุต)
เวลารอคอย (Waiting Time) : ช่วงเวลาที่งานใดงานหนึ่งต้องรอการทำงานของตัวจัดเวลา โดยไม่รวมเวลาของการใช้ซีพียู และเวลาของการติดต่ออินพุต/เอาต์พุต ส่วนใหญ่ก็คือเวลาที่งานต้องคอยอยู่ในคิว (Ready Queue)
เวลาตอบสนอง (Response Time) : คือเวลาที่วัดระหว่างเวลาที่มีการร้องขอการกระทำใด ๆ ต่อระบบแล้วมีการตอบรับกลับออกมา (ความเร็วของเวลาตอบสนองจึงมักจะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต)
การจัดคิวระยะสั้น (Short-term scheduling)
- ขั้นตอนนี้เป็นการคัดเลือกโปรเซสซึ่งรออยู่ในสถานะพร้อมที่เหมาะสมที่สุดให้เข้าไปอยู่ในสถานะรัน (ครอบครอง CPU)
- การจัดคิวให้กับโปรเซสนั้นถือว่าเป็นหน้าที่ ของหน่วยจัดคิวในระยะสั้น (Short-term Scheduler) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งใน OS
- สำหรับการส่งโปรเซสที่ถูกเลือกแล้วให้เข้าไปอยู่ในสถานะรัน เป็นหน้าที่ของตัวส่ง (Dispatcher) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งใน OS
- การจัดคิวให้กับโปรเซสนั้นถือว่าเป็นหน้าที่ ของหน่วยจัดคิวในระยะสั้น (Short-term Scheduler) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งใน OS
- สำหรับการส่งโปรเซสที่ถูกเลือกแล้วให้เข้าไปอยู่ในสถานะรัน เป็นหน้าที่ของตัวส่ง (Dispatcher) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งใน OS
- การจัดคิวระยะสั้นมีดังนี้
- การจัดคิวแบบ FCFS
- การจัดคิวแบบ RR
- การจัดคิวแบบลำดับความสำคัญ
- การจัดคิวแบบ SJN
- การจัดคิวแบบ SRT
- การจัดคิวแบบหลายระดับ
- การจัดคิวแบบ FCFS
- การจัดคิวแบบ RR
- การจัดคิวแบบลำดับความสำคัญ
- การจัดคิวแบบ SJN
- การจัดคิวแบบ SRT
- การจัดคิวแบบหลายระดับ
การจัดคิวแบบมาก่อนได้ก่อน (First-come-first-served : FCFS)
- เป็นวิธีการที่ง่ายที่สุด
- โปรเซสใดเข้ามารอในคิวก่อนจะมีสิทธิครอบครอง CPU ก่อน
- โปรเซสที่ได้ครอบครอง CPU จะทำงานไปจนเสร็จ ไม่มีระยะเวลาควอนตัม
- ถ้าโปรเซสมีการเรียกใช้งานอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต หรือรอเหตุการณ์บางอย่าง โปรเซสนั้นต้องปลดปล่อยซีพียู และออกจากสถานะรันไปอยู่ในสถานะบล็อค
- เมื่อการเรียกใช้อุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตเสร็จสิ้นลง หรือเกิดเหตุการณ์ที่กำลังรออยู่ โปรเซสนั้นจะกลับไปอยู่ต่อท้ายคิวของสถานะพร้อม
- โปรเซสใดเข้ามารอในคิวก่อนจะมีสิทธิครอบครอง CPU ก่อน
- โปรเซสที่ได้ครอบครอง CPU จะทำงานไปจนเสร็จ ไม่มีระยะเวลาควอนตัม
- ถ้าโปรเซสมีการเรียกใช้งานอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต หรือรอเหตุการณ์บางอย่าง โปรเซสนั้นต้องปลดปล่อยซีพียู และออกจากสถานะรันไปอยู่ในสถานะบล็อค
- เมื่อการเรียกใช้อุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตเสร็จสิ้นลง หรือเกิดเหตุการณ์ที่กำลังรออยู่ โปรเซสนั้นจะกลับไปอยู่ต่อท้ายคิวของสถานะพร้อม
ข้อดีคือการจัดคิวทำได้ง่ายไม่ยุ่งยากซับซ้อน
ตัวอย่างการจัดคิวเมื่อมี 3 โปรเซส ( A,B,C) ต้องการใช้ CPU
ตัวอย่างการจัดคิวเมื่อมี 3 โปรเซส ( A,B,C) ต้องการใช้ CPU
ถึงแม้ว่าลำดับการเข้ามาในคิวอาจจะเป็น A,B,C แต่การใช้หลักการของการจัดลำดับความสำคัญ จะจัดคิวออกมาในลักษณะดังนี้
- โปรเซส A ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 0 วินาที
- โปรเซส B ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 15 วินาที
- โปรเซส C ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 16 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (0+15+16)/3 =10.33 วินาที
- โปรเซส B ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 15 วินาที
- โปรเซส C ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 16 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (0+15+16)/3 =10.33 วินาที
* จากตัวอย่างจะพบว่าการจัดคิวแบบ FCFS เป็นผลเสียอย่างมากกับโปรเซส B คือ โปรเซส B ต้องการเวลาในการทำงานเพียง 1 วินาที แต่ต้องรอให้โปรเซส A ซึ่งเข้ามาก่อนทำงานเสร็จ
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (15+16)/3 = 10.33 วินาที
ทำให้การทำงานของโปรเซส B นั้นใช้เวลา 16 วินาทีจึงจะเสร็จสิ้น
เทียบเวลาในการทำงานคือ 1/16*100 = 6 %
สำหรับเวลาในการรอคือ 100-6 = 94 % ซึ่งจะเห็นว่าโปรเซส B ต้องเสียเวลารอนานมาก
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (15+16)/3 = 10.33 วินาที
ทำให้การทำงานของโปรเซส B นั้นใช้เวลา 16 วินาทีจึงจะเสร็จสิ้น
เทียบเวลาในการทำงานคือ 1/16*100 = 6 %
สำหรับเวลาในการรอคือ 100-6 = 94 % ซึ่งจะเห็นว่าโปรเซส B ต้องเสียเวลารอนานมาก
การจัดคิวแบบงานสั้นทำก่อน (Short-Job-first : SJF)
จากปัญหาของการจัดคิวแบบมาก่อนได้ก่อน จึงทำให้เกิดแนวคิดที่จะคัดเลือกโปรเซสที่ต้องการเวลาในการทำงานน้อยที่สุดเข้ามาใช้ CPU ก่อนเพื่อทำให้ โปรเซสที่ต้องการเวลาในการทำงานน้อยจบออกไปได้เร็วขึ้น และจำนวนโปรเซสที่รออยู่ในคิวก็จะมีจำนวนลดลง
แต่ถ้ามีโปรเซสหลายตัวที่มีความต้องการเวลาในการทำงานเท่ากัน ก็จะใช้หลักการแบบมาก่อนได้ก่อนมาใช้ในการคัดเลือก
แต่ถ้ามีโปรเซสหลายตัวที่มีความต้องการเวลาในการทำงานเท่ากัน ก็จะใช้หลักการแบบมาก่อนได้ก่อนมาใช้ในการคัดเลือก
* ตัวอย่างการจัดคิวเมื่อมี 4 โปรเซส (A,B,C,D) ต้องการใช้ CPU โดยมีลำดับการเข้ามาในคิวเป็น A,B,C,D
ถึงแม้ว่าลำดับการเข้ามาในคิวอาจจะเป็น A,B,C,D แต่การใช้หลักการของ SJF จะจัดคิวออกมาในลักษณะดังนี้
0 3 9 16 24
เวลาเฉลียในการรอ 0+3+9+16 =28/4=7
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ 3+9+16+24=52/4=13
จากการทดลองพบว่า SJF จะให้ค่าเฉลี่ยของการคอยได้ต่ำที่สุด เพราะมีการเลื่อนโปรเซสที่มีเวลาใช้ CPU น้อยสุดมาไว้หน้าคิว
ปัญหาสำหรับการจัดคิวแบบ SJF คือ ตัวจัดคิวระยะสั้นไม่ทราบว่าแต่ละโปรเซสต้องการใช้เวลาเท่าใด
วิธีแก้คือ
ให้แต่ละโปรเซสกำหนดเวลาที่ต้องการในการใช้ CPU มาด้วยให้ OS สร้างโปรเซสเพื่อคำนวณเวลาโดยประมาณของแต่ละโปรเซสที่ต้องการใช้ CPU
ปัญหาสำหรับการจัดคิวแบบ SJF คือ ตัวจัดคิวระยะสั้นไม่ทราบว่าแต่ละโปรเซสต้องการใช้เวลาเท่าใด
วิธีแก้คือ
ให้แต่ละโปรเซสกำหนดเวลาที่ต้องการในการใช้ CPU มาด้วยให้ OS สร้างโปรเซสเพื่อคำนวณเวลาโดยประมาณของแต่ละโปรเซสที่ต้องการใช้ CPU
การจัดคิวแบบตามลำดับความสำคัญ (Priority Queue)
- วิธีนี้จะมีการจัดลำดับความสำคัญให้กับแต่ละโปรเซสที่ต้องการใช้ CPU
- โปรเซสที่อยู่ ณ. ต้นคิวก็จะเป็นโปรเซสที่มีความ สำคัญมากที่สุด และลดลงเรื่อย ๆ
- โปรเซสที่อยู่ท้ายคิวคือโปรเซสที่มีความสำคัญต่ำสุด
- ถ้ามีโปรเซสใหม่เข้ามาในคิว ก็จะมีการแซงคิวได้ถ้าโปรเซสที่เข้ามาใหม่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าโปรเซสที่กำลังบรรจุอยู่ในคิว
- วิธีนี้จะมีการจัดลำดับความสำคัญให้กับแต่ละโปรเซสที่ต้องการใช้ CPU
- โปรเซสที่อยู่ ณ. ต้นคิวก็จะเป็นโปรเซสที่มีความ สำคัญมากที่สุด และลดลงเรื่อย ๆ
- โปรเซสที่อยู่ท้ายคิวคือโปรเซสที่มีความสำคัญต่ำสุด
- ถ้ามีโปรเซสใหม่เข้ามาในคิว ก็จะมีการแซงคิวได้ถ้าโปรเซสที่เข้ามาใหม่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าโปรเซสที่กำลังบรรจุอยู่ในคิว
ตัวอย่างการจัดคิวเมื่อมี 4 โปรเซส (A,B,C,D) ต้องการใช้ CPU โดยมีลำดับการเข้ามาในคิวเป็น A,B,C,D
ถึงแม้ว่าลำดับการเข้ามาในคิวอาจจะเป็น A,B,C,D แต่การใช้หลักการของการจัดลำดับความสำคัญ จะจัดคิวออกมาในลักษณะดังนี้
0 5 6 16 18
โปรเซส B ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 5 วินาที
โปรเซส A ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 6 วินาที
โปรเซส C ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 16 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (0+5+6+16)/4 = 6.75 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =(5+6+16+18)/4=11.25
0 5 6 16 18
โปรเซส B ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 5 วินาที
โปรเซส A ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 6 วินาที
โปรเซส C ต้องรอเวลาในการประมวลผล = 16 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (0+5+6+16)/4 = 6.75 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =(5+6+16+18)/4=11.25
คำถาม
ถ้าเป็นการจัดคิวแบบ FCFS เวลาเฉลี่ยในการรอและเวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จเท่ากับเท่าใด
ถ้าเป็นการจัดคิวแบบ SJFเวลาเฉลี่ยในการรอและเวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จเท่ากับเท่าใด
ถ้าเป็นการจัดคิวแบบ SJFเวลาเฉลี่ยในการรอและเวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จเท่ากับเท่าใด
คำตอบ
เวลาเฉลี่ยในการรอและเวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จในการทำงานและแบบ
Priority
เวลาเฉลี่ยในการรอ =6.75
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =11.25
FCFS
เวลาเฉลี่ยในการรอ =8.5
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =13
SJF
เวลาเฉลี่ยในการรอ =3
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =7.5
Priority
เวลาเฉลี่ยในการรอ =6.75
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =11.25
FCFS
เวลาเฉลี่ยในการรอ =8.5
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =13
SJF
เวลาเฉลี่ยในการรอ =3
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ =7.5
ปัญหาที่สำคัญสำหรับการจัดคิวแบบนี้ ได้แก่ โปรเซสที่มีลำดับความสำคัญต่ำอาจจะไม่มีโอกาสได้ใช้ CPU ถ้ามีโปรเซสที่มีลำดับความสำคัญสูงอยู่เป็นจำนวนมาก หรือมีโปรเซสที่มีลำดับความสำคัญสูงเข้ามาใหม่ตลอดเวลา
วิธีการพิจารณากำหนดลำดับความสำคัญของโปรเซสต่าง ๆ อาจพิจารณาได้จากองค์ประกอบต่าง ๆ เช่น
เจ้าของโปรเซส : โปรเซสที่มาจากผู้ใช้ทั่ว ๆ ไป จะมีลำดับความสำคัญต่ำกว่า โปรเซสที่มาจากผู้ควบคุมระบบ
ประเภทของโปรเซส : โปรเซสของงานในระบบแบตซ์ (Batch mode) มักมีลำดับความสำคัญต่ำกว่าโปรเซสของงานแบบตอบโต้ (Interactive mode)
ผู้ใช้ที่ยินยอมจ่ายเงินเพิ่ม
ระยะเวลาที่โปรเซสเข้ามาอยู่ในระบบ
เจ้าของโปรเซส : โปรเซสที่มาจากผู้ใช้ทั่ว ๆ ไป จะมีลำดับความสำคัญต่ำกว่า โปรเซสที่มาจากผู้ควบคุมระบบ
ประเภทของโปรเซส : โปรเซสของงานในระบบแบตซ์ (Batch mode) มักมีลำดับความสำคัญต่ำกว่าโปรเซสของงานแบบตอบโต้ (Interactive mode)
ผู้ใช้ที่ยินยอมจ่ายเงินเพิ่ม
ระยะเวลาที่โปรเซสเข้ามาอยู่ในระบบ
การจัดคิวแบบงานที่เหลือเวลาน้อยทำก่อน (Shortest-remaining-first : SRJ)
วิธีการนี้จะคล้ายกับแบบ SJF แต่ SRJ จะนำเอาโปรเซสที่เหลือเวลาในการใช้ CPU น้อยที่สุดมาอยู่ที่ต้นคิวเพื่อเข้าไปใช้งาน CPU ก่อน
วิธีการนี้จะทำให้ทั้งโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU น้อย และโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU มากแต่ใกล้จะจบสามารถออกจากระบบได้เร็วขึ้น
วิธีการนี้นอกจากจะต้องทราบเวลาที่ต้องการใช้ CPU แล้วยังต้องมีการบันทึกเวลาที่โปรเซสทำงานไปแล้วด้วย
วิธีการนี้จะทำให้ทั้งโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU น้อย และโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU มากแต่ใกล้จะจบสามารถออกจากระบบได้เร็วขึ้น
วิธีการนี้นอกจากจะต้องทราบเวลาที่ต้องการใช้ CPU แล้วยังต้องมีการบันทึกเวลาที่โปรเซสทำงานไปแล้วด้วย
การจัดคิวแบบวนรอบ (Round-Robin : RR)
ใช้กับระบบงานคอมพิวเตอร์แบบแบ่งเวลา โดยมีลักษณะการจัดคิวเป็นแบบ FCFS แต่ให้มีกรรมวิธีของการให้สิทธิในการครอบครอง CPU ของแต่ละโปรเซส คือ “แต่ละโปรเซสที่เข้ามาในระบบจะถูกจำกัดเวลาการเข้าไปใช้ CPU เท่า ๆ กัน ” ซึ่งเรียกช่วงเวลานี้ว่า เวลาควันตัม (Quantum Time)
ตัวจัดเวลาระยะสั้นจะมีการให้ CPU กับโปรเซสที่อยู่ในคิวแบบวนรอบ โดยมีกฏเกณฑ์ว่า ถ้าโปรเซสใดไม่สามารถกระทำได้สำเร็จภายใน 1 ควันตัม โปรเซสจะต้องถูกนำกลับไปไว้ในคิวเช่นเดิม
สถานภาพต่าง ๆ ของโปรเซสที่ยังทำไม่เสร็จจะถูกบันทึกไว้ เมื่อถึงโอกาสได้ครอบรอง CPU อีก ก็จะได้เริ่มต้นรันต่อจากครั้งที่แล้วโดยไม่ต้องเริ่มใหม่ทั้งหมด
ตัวจัดเวลาระยะสั้นจะมีการให้ CPU กับโปรเซสที่อยู่ในคิวแบบวนรอบ โดยมีกฏเกณฑ์ว่า ถ้าโปรเซสใดไม่สามารถกระทำได้สำเร็จภายใน 1 ควันตัม โปรเซสจะต้องถูกนำกลับไปไว้ในคิวเช่นเดิม
สถานภาพต่าง ๆ ของโปรเซสที่ยังทำไม่เสร็จจะถูกบันทึกไว้ เมื่อถึงโอกาสได้ครอบรอง CPU อีก ก็จะได้เริ่มต้นรันต่อจากครั้งที่แล้วโดยไม่ต้องเริ่มใหม่ทั้งหมด
ตัวอย่างการจัดคิวแบบ FCFS เมื่อมี 3 โปรเซส ( A,B,C) ต้องการใช้ CPU
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (15+16)/3 = 10.33 วินาที
ตัวอย่างการจัดคิวแบบ RR เมื่อมี 3 โปรเซส (A,B,C) ต้องการใช้ CPU โดยมีเวลาควันตัมเป็น 1 วินาที
เวลาเฉลี่ยในการรอ = (11+1+11)/3 = 7.67 วินาที
จากตัวอย่างจะเห็นว่าการทำงานแบบ RR จะเป็นประโยชน์ต่อโปรเซส B หรือโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU น้อยแต่เข้าคิวมาทีหลัง
ในทางตรงกันข้ามจะเกิดผลเสียต่อโปรเซส A หรือโปรเซสที่ต้องการเวลาในการใช้ CPU มากประสิทธิภาพของการวนรอบขึ้นอยู่กับการกำหนดขนาดของควันตัมเป็นอย่างยิ่ง
ถ้าขนาดของควันตัมใหญ่หรือนานเกินไป ประสิทธิภาพของการวนรอบก็จะใกล้เคียงกับแบบมาก่อนได้ก่อน
ถ้าขนาดของควันตัมเล็กเกินไป ระยะเวลาที่ใช้ในการทำงานของระบบ (throughput) ก็จะช้าลง
เมื่อมี 3 โปรเซส ( A,B,C) ต้องการใช้ CPU แบบ RRถ้าเวลาควันตัมเป็น 3 วินาที เวลาเฉลี่ยในการคอยเป็นเท่าใดเวลาควันตัมเป็น 6 วินาที เวลาเฉลี่ยในการคอยเป็นเท่าใด
ตัวอย่าง
จงหาค่าเฉลี่ยทั้ง 3 วิธี คือ FCFS, SJF และ RR เวลาควอนตัม = 10
เฉลย
FCFS
เวลาในการรอ (0+10+39+42+49) / 5 = 28
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ (10+39+42+49+61) / 5 =40.2
เวลาในการรอ (0+10+39+42+49) / 5 = 28
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ (10+39+42+49+61) / 5 =40.2
SJF
เวลาในการรอ (0+3+10+20+32) / 5 = 13
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ (3+10+20+32+61)/5 =25.5
RR
เวลาในการรอ
A=0
B=10+20+2=32
C=20
D=10+10+3
E=30+10
(0+32+20+23+40) / 5 = 23
เวลาในการรอ
A=0
B=10+20+2=32
C=20
D=10+10+3
E=30+10
(0+32+20+23+40) / 5 = 23
เวลาเฉลี่ยในการทำงานเสร็จ
A=0+10=10
B=32+29=61
C=20+3=23
D=23+7=30
E=40+12=52
10+61+23+30+52=35.2
A=0+10=10
B=32+29=61
C=20+3=23
D=23+7=30
E=40+12=52
10+61+23+30+52=35.2
การจัดคิวแบบหลายระดับ
การจัดคิวดังที่กล่าวมาแล้วทั้งสิ้นเป็นการจัดคิวภายในคิวเพียง 1 คิว เรียกว่าการจัดคิวแบบ 1 ระดับดังรูป
เพื่อให้การจัดคิวเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เราจึงจัดให้มีคิวหลาย ๆ คิวแทนที่จะมีเพียงคิวเดียว เรียกว่าเป็นการจัดคิวแบบหลายระดับ
เพื่อให้การจัดคิวเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เราจึงจัดให้มีคิวหลาย ๆ คิวแทนที่จะมีเพียงคิวเดียว เรียกว่าเป็นการจัดคิวแบบหลายระดับ
- การจัดคิวแบบหลายระดับนั้น แต่ละคิวไม่จำเป็นเป็นต้องเป็นประเภทเดียวกัน
- การคัดเลือกโปรเซสนั้นจะคัดเลือกจากคิวที่ 1 ก่อนจนกระทั่งโปรเซสภายในคิวที่ 1 ทำงานเสร็จทั้งหมด แล้วจึงคัดเลือกโปรเซสในคิวลำดับถัดไป
- โปรเซสที่มีความสำคัญมาก มักจะอยู่ในคิวระดับแรก โปรเซสที่มีลำดับความสำคัญน้อยลงไปก็จะอยู่ในคิวระดับหลัง
- โปรเซสประเภทเดียวกันมักอยู่ในคิวระดับเดียวกัน
การจัดคิวระยะยาว
การจัดคิวระยะสั้นเป็นการจัดคิวในระดับโปรเซส โดยมีตัวจัดคิวระยะสั้นทำหน้าที่คัดเลือกโปรเซสที่อยู่ในคิวที่มีสถานะพร้อม ส่งเข้าไปอยู่ในสถานะรัน
การจัดคิวระยะยาวเป็นการจัดคิวในระดับงาน ไม่ใช่ระดับโปรเซส
เมื่อผู้ใช้ส่งงานเข้ามาในระบบ งานเหล่านี้จะไปรออยู่ในคิวงานเมื่อระบบอยู่ในสภาพพร้อมที่จะรับโปรเซสใหม่ได้ เช่น มีหน่วยความจำเหลือมากพอ
การจัดคิวระยะยาวเป็นการจัดคิวในระดับงาน ไม่ใช่ระดับโปรเซส
เมื่อผู้ใช้ส่งงานเข้ามาในระบบ งานเหล่านี้จะไปรออยู่ในคิวงานเมื่อระบบอยู่ในสภาพพร้อมที่จะรับโปรเซสใหม่ได้ เช่น มีหน่วยความจำเหลือมากพอ
ตัวจัดคิวระยะยาวจะคัดเลือกงานที่อยู่ในคิวงานขึ้นมาพร้อมทั้งสร้างโปรเซสใหม่สำหรับงานนั้น ส่งให้กับตัวจัดคิวระยะสั้นทำงานต่อไป
ตัวจัดคิวระยะสั้นยังมีหน้าที่ยุติโปรเซสที่จบการทำงานแล้ว
คิวงานจะต่างกับคิวของโปรเซสเล็กน้อย คือ งานที่ถูกคัดเลือกขึ้นมาและสร้างเป็นโปรเซสใหม่แล้วจะไม่มีการวนกลับมาเข้าคิวใหม่เหมือนกับโปรเซส
การคัดเลือกงานเพื่อสร้างโปรเซสใหม่ มีวิธีการเหมือนกับการคัดเลือกโปรเซสที่อยู่ในคิว ยกเว้นวิธีแบบ RR ที่ไม่ได้ใช้กับคิวงาน
ตัวจัดคิวระยะสั้นยังมีหน้าที่ยุติโปรเซสที่จบการทำงานแล้ว
คิวงานจะต่างกับคิวของโปรเซสเล็กน้อย คือ งานที่ถูกคัดเลือกขึ้นมาและสร้างเป็นโปรเซสใหม่แล้วจะไม่มีการวนกลับมาเข้าคิวใหม่เหมือนกับโปรเซส
การคัดเลือกงานเพื่อสร้างโปรเซสใหม่ มีวิธีการเหมือนกับการคัดเลือกโปรเซสที่อยู่ในคิว ยกเว้นวิธีแบบ RR ที่ไม่ได้ใช้กับคิวงาน
ระบบหลายโปรเซสเซอร์ (Multi-processor System)
หมายถึงระบบที่มี CPU หลายตัวช่วยกันทำงาน ดังนั้นโปรเซสเซอร์ในที่นี้หมายถึง CPU นั่นเอง
การจัดระบบคอมพิวเตอร์ตามการทำงานของโปรเซสเซอร์ เราสามารถแบ่งได้ 4 ประเภทดังนี้
คำสั่งเดี่ยวและข้อมูลเดี่ยว ( Single Instruction Single Data : SISD )
คำสั่งเดี่ยวและหลายชุดข้อมูล ( Single Instruction Multiple Data : SIMD )
หลายชุดคำสั่งและข้อมูลเดี่ยว ( Multiple Instruction Single Data : MISD )
หลายชุดคำสั่งและหลายชุดข้อมูล ( Multiple Instruction Multiple Data : MIMD )
การจัดระบบคอมพิวเตอร์ตามการทำงานของโปรเซสเซอร์ เราสามารถแบ่งได้ 4 ประเภทดังนี้
คำสั่งเดี่ยวและข้อมูลเดี่ยว ( Single Instruction Single Data : SISD )
คำสั่งเดี่ยวและหลายชุดข้อมูล ( Single Instruction Multiple Data : SIMD )
หลายชุดคำสั่งและข้อมูลเดี่ยว ( Multiple Instruction Single Data : MISD )
หลายชุดคำสั่งและหลายชุดข้อมูล ( Multiple Instruction Multiple Data : MIMD )
คำสั่งเดี่ยวและข้อมูลเดี่ยว ( Single Instruction Single Data : SISD )
คอมพิวเตอร์ที่ใช้งานทั่วไปในปัจจุบันจะเป็นประเภท SISD
ระบบคอมพิวเตอร์ประเภทนี้มีโปรเซสเซอร์อยู่เพียงตัวเดียว
การทำงานของโปรเซสเซอร์ในระบบนี้จะทำงานได้ทีละ 1 คำสั่งและรับข้อมูลได้ 1 ชุด
P (Processor) แทนโปรเซสเซอร์ I (Instruction) แทนคำสั่ง D (Data) แทนข้อมูล และ O (Output) แทนผลลัพธ์
ระบบคอมพิวเตอร์ประเภทนี้มีโปรเซสเซอร์อยู่เพียงตัวเดียว
การทำงานของโปรเซสเซอร์ในระบบนี้จะทำงานได้ทีละ 1 คำสั่งและรับข้อมูลได้ 1 ชุด
P (Processor) แทนโปรเซสเซอร์ I (Instruction) แทนคำสั่ง D (Data) แทนข้อมูล และ O (Output) แทนผลลัพธ์
คำสั่งเดี่ยวและหลายชุดข้อมูล ( Single Instruction Multiple Data : SIMD )
การทำงานของระบบนี้เป็นการทำงานของโปรเซสเซอร์หลายตัวพร้อมกัน หรือที่เรียกว่าทำงานขนานกัน (parallel processing) โปรเซสเซอร์ทุกตัวทำคำสั่งเดียวกันหมด แต่มีข้อมูลเป็นของตนเอง ดังนั้นผลลัพธ์ที่ได้จึงมีหลายชุด
SIMD มีประโยชน์ต่องานทางด้านการคำนวณที่ต้องการคำนวณแบบเดียวกันกับข้อมูลหลาย ๆ ชุดเช่น การบวกเมตริกซ์เช่น
หลายชุดคำสั่งและข้อมูลเดี่ยว (Multiple Instruction Single Data : MISD )
การทำงานของระบบนี้เป็นการทำงานของโปรเซสเซอร์หลายตัวพร้อมกัน หรือที่เรียกว่าทำงานขนานกัน (parallel processing)
โดยโปรเซสเซอร์ทุกตัวจะมีคำสั่งของตนเอง แต่ทุกตัวจะใช้ข้อมูลชุดเดียวกัน
โดยโปรเซสเซอร์ทุกตัวจะมีคำสั่งของตนเอง แต่ทุกตัวจะใช้ข้อมูลชุดเดียวกัน
เมื่อโปรเซสเซอร์ตัวแรกทำงานเสร็จ ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นข้อมูลของโปรเซสเซอร์ตัวต่อไป เช่นถ้าในระบบ MISD หาค่าจากสมการนี้ y = 2*X2+4 โดยที่ x มีค่าระหว่าง 1 ถึง 5
จากตัวอย่างพบว่ามี 3 คำสั่ง
หาค่า X ยกกำลัง 2
คูณผลลัพธ์จากข้อแรก ด้วย 2
เพิ่มค่าผลลัพธ์ที่ได้จากข้อ 2 ด้วย 4
จากตัวอย่างพบว่ามี 3 คำสั่ง
หาค่า X ยกกำลัง 2
คูณผลลัพธ์จากข้อแรก ด้วย 2
เพิ่มค่าผลลัพธ์ที่ได้จากข้อ 2 ด้วย 4
หลายชุดคำสั่งและหลายชุดข้อมูล (Multiple Instruction Multiple Data : MIMD)
การทำงานของระบบนี้เป็นการทำงานของโปรเซสเซอร์หลายตัวพร้อมกันและโปรเซสเซอร์แต่ละตัวจะมีคำสั่งและข้อมูลเป็นของตนเอง
ดังนั้นในการทำงานแต่ละโปรเซสเซอร์จะเป็นอิสระจากกัน
ตัวอย่างระบบคอมพิวเตอร์ประเภท MIMD ที่เห็นได้ชัดเจนคือระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (Computer Network)
ดังนั้นในการทำงานแต่ละโปรเซสเซอร์จะเป็นอิสระจากกัน
ตัวอย่างระบบคอมพิวเตอร์ประเภท MIMD ที่เห็นได้ชัดเจนคือระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (Computer Network)
อ้างอิง
http://csnon04.blogspot.com/2008/03/3_06.html
https://msit5.wordpress.com/2013/09/10/scheduling-algorithms
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น