{"id":32730,"date":"2019-10-31T21:48:36","date_gmt":"2019-10-31T18:48:36","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/operating-systems-three-easy-pieces-part-5-planirovanie-multi-level-feedback-queue-perevod\/"},"modified":"2021-02-08T11:40:35","modified_gmt":"2021-02-08T09:40:35","slug":"operating-systems-three-easy-pieces-part-5-planirovanie-multi-level-feedback-queue-perevod","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pt\/blog\/administrirovanie\/operating-systems-three-easy-pieces-part-5-planirovanie-multi-level-feedback-queue-perevod","title":{"rendered":"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<h1>Introdu\u00e7\u00e3o aos sistemas operacionais<\/h1>\n<p>Ol\u00e1, Habr! Quero apresentar a voc\u00eas uma s\u00e9rie de artigos traduzidos de uma literatura que considero interessante \u2014 OSTEP. Este material explora a fundo o funcionamento dos sistemas operacionais semelhantes ao Unix, particularmente \u2014 o trabalho com processos, v\u00e1rios escalonadores, mem\u00f3ria e outros componentes que comp\u00f5em um sistema operacional moderno. Voc\u00ea pode olhar o original de todo o material aqui <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"http:\/\/pages.cs.wisc.edu\/~remzi\/OSTEP\/\">aqui<\/a><\/noindex>. Pe\u00e7o que considerem que a tradu\u00e7\u00e3o foi feita de forma n\u00e3o profissional (de maneira bastante livre), mas espero ter mantido o sentido geral.<\/p>\n<p>Os trabalhos de laborat\u00f3rio sobre este assunto podem ser encontrados aqui:<\/p>\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"http:\/\/pages.cs.wisc.edu\/~remzi\/OSTEP\/Homework\/homework.html\">original<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/github.com\/remzi-arpacidusseau\/ostep-code\">original<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/github.com\/bykvaadm\/OS\/tree\/master\/ostep\">minha adapta\u00e7\u00e3o pessoal<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<p>Partes adicionais:<\/p>\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/en\/post\/446340\/\">Parte 1: Introdu\u00e7\u00e3o<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/en\/post\/446866\/\">Parte 2: Abstra\u00e7\u00e3o: processo<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/en\/post\/447182\/\">Parte 3: Introdu\u00e7\u00e3o \u00e0 API de processos<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/en\/post\/449026\/\">Parte 4: Introdu\u00e7\u00e3o ao escalonador<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/en\/post\/450116\/\">Parte 5: Escalonador MLFQ<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<p>E voc\u00ea tamb\u00e9m pode acessar meu canal em <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/t.me\/bykvaadm\">telegram<\/a><\/noindex> =)<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<h2>Escalonamento: Multi-Level Feedback Queue<\/h2>\n<p>Nesta aula, falaremos sobre os problemas de desenvolvimento de uma das abordagens mais conhecidas para<br \/>\nescalonamento, chamada <b>Multi-Level Feedback Queue<\/b> (MLFQ). O escalonador MLFQ foi descrito pela primeira vez em 1962 por Fernando J. Corbat\u00f3 em um sistema chamado<br \/>\nCompatible Time-Sharing System (CTSS). Esses trabalhos (incluindo trabalhos posteriores sobre<br \/>\nMultics) foram posteriormente indicados ao Pr\u00eamio Turing. O escalonador foi<br \/>\nsubsequentemente aprimorado e assumiu uma forma que pode ser encontrada em<br \/>\nalguns sistemas modernos.<\/p>\n<p>O algoritmo MLFQ tenta resolver 2 problemas fundamentais interconectados.<br \/>\n<b>Primeiro<\/b>, ele tenta otimizar o tempo de turnaround, que, como discutimos na aula anterior, \u00e9 otimizado ao executar no in\u00edcio da fila as tarefas mais<br \/>\ncurtas. No entanto, o sistema operacional n\u00e3o sabe quanto tempo um processo vai levar, e essa \u00e9 uma<br \/>\ninforma\u00e7\u00e3o necess\u00e1ria para o funcionamento dos algoritmos SJF, STCF. <b>Em segundo lugar<\/b>, MLFQ tenta<br \/>\ntornar o sistema responsivo para os usu\u00e1rios (por exemplo, para aqueles que ficam sentados e<br \/>\nobservando a tela enquanto esperam a conclus\u00e3o da tarefa) e, assim, minimizar o tempo<br \/>\nde resposta. Infelizmente, algoritmos como RR reduzem o tempo de resposta, mas t\u00eam um impacto muito<br \/>\nnegativo nas m\u00e9tricas de tempo de turnaround. Da\u00ed surge o nosso problema: Como projetar um<br \/>\nescalonador que atenda \u00e0s nossas necessidades e, ao mesmo tempo, n\u00e3o saiba nada sobre<br \/>\na natureza do processo, em geral? Como o escalonador pode aprender as caracter\u00edsticas das tarefas,<br \/>\nque ele executa e, assim, tomar melhores decis\u00f5es sobre o planejamento?<\/p>\n<p><u>A ess\u00eancia do problema: como planejar a defini\u00e7\u00e3o de tarefas sem um conhecimento perfeito?<br \/>\nComo desenvolver um agendador que minimize ao mesmo tempo o tempo de resposta<br \/>\npara tarefas interativas e, ao mesmo tempo, minimize o tempo de turnaround sem um<br \/>\nconhecimento pr\u00e9vio do tempo de execu\u00e7\u00e3o da tarefa?<\/u><\/p>\n<p>Nota: aprendemos com eventos anteriores<\/p>\n<p>A fila MLFQ \u00e9 um excelente exemplo de um sistema que aprende com<br \/>\neventos passados para prever o futuro. Abordagens semelhantes s\u00e3o frequentemente<br \/>\nencontradas em sistemas operacionais (e em muitos outros setores da computa\u00e7\u00e3o, incluindo ramos<br \/>\nde predi\u00e7\u00e3o em hardware e algoritmos de cache). Essas abordagens<br \/>\nfuncionam bem quando as tarefas t\u00eam fases comportamentais e, assim, s\u00e3o previs\u00edveis.<br \/>\nNo entanto, com tal t\u00e9cnica, deve-se ter cautela, pois as previs\u00f5es podem facilmente<br \/>\nestar erradas e levar o sistema a tomar decis\u00f5es piores do que<br \/>\nseriam sem qualquer conhecimento.<\/p>\n<h3>MLFQ: Regras B\u00e1sicas<\/h3>\n<p>Vamos considerar as regras b\u00e1sicas do algoritmo MLFQ. E embora haja v\u00e1rias<br \/>\nimplementa\u00e7\u00f5es desse algoritmo, as abordagens b\u00e1sicas s\u00e3o semelhantes.<br \/>\nNa implementa\u00e7\u00e3o que iremos considerar, o MLFQ ter\u00e1 v\u00e1rias<br \/>\nfilas separadas, cada uma com uma prioridade diferente. A qualquer momento,<br \/>\numa tarefa pronta para execu\u00e7\u00e3o reside em uma das filas. O MLFQ utiliza prioridades<br \/>\npara decidir qual tarefa executar, ou seja, a tarefa com maior<br \/>\nprioridade (tarefa da fila de maior prioridade) ser\u00e1 executada primeiro.<br \/>\nSem d\u00favida, pode haver mais de uma tarefa na fila espec\u00edfica, assim<br \/>\nelas ter\u00e3o a mesma prioridade. Neste caso, ser\u00e1 utilizado o mecanismo<br \/>\nRR para agendar a execu\u00e7\u00e3o entre essas tarefas.<br \/>\nAssim, chegamos a duas regras b\u00e1sicas para o MLFQ:<br \/>\nRegra 1: Se Prioridade(A) &gt; Prioridade(B), ser\u00e1 executada a tarefa A (B n\u00e3o ser\u00e1)<\/p>\n<ul>\n<li> Regra 2: Se Prioridade(A) = Prioridade(B), A e B ser\u00e3o executadas usando RR<\/li>\n<li> Com base no exposto, os elementos-chave para o planejamento MLFQ<\/li>\n<\/ul>\n<p>s\u00e3o as prioridades. Em vez de atribuir uma prioridade fixa a cada<br \/>\ntarefa, o MLFQ altera sua prioridade com base no comportamento observado.<br \/>\npara a tarefa, o MLFQ altera sua prioridade com base no comportamento observado.<br \/>\nPor exemplo, se uma tarefa frequentemente usa a CPU aguardando entrada do teclado,<br \/>\no MLFQ manter\u00e1 a prioridade do processo em um n\u00edvel alto, pois \u00e9 assim que<br \/>\num processo interativo deve funcionar. Se, pelo contr\u00e1rio, a tarefa utiliza a CPU de forma cont\u00ednua e<br \/>\nintensa por um longo per\u00edodo, o MLFQ reduzir\u00e1 sua<br \/>\nprioridade. Assim, o MLFQ aprender\u00e1 o comportamento dos processos enquanto eles est\u00e3o em opera\u00e7\u00e3o<br \/>\ne usar\u00e1 esse comportamento.<br \/>\nVamos desenhar um exemplo de como as filas poderiam parecer em um determinado momento<br \/>\nno tempo e ent\u00e3o teremos algo assim:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3598e9ca43a56049625bdcf3074de472.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p>Neste esquema, 2 processos A e B est\u00e3o na fila com a mais alta prioridade. O processo<br \/>\nC est\u00e1 em algum lugar no meio, e o processo D no final da fila. De acordo com as descri\u00e7\u00f5es acima<br \/>\ndo algoritmo MLFQ, o escalonador executar\u00e1 tarefas apenas com a mais alta<br \/>\nprioridade de acordo com o RR, enquanto as tarefas C e D estar\u00e3o sem uso.<br \/>\nNaturalmente, uma captura est\u00e1tica n\u00e3o fornecer\u00e1 uma imagem completa de como o MLFQ opera.<br \/>\n\u00c9 importante entender como a situa\u00e7\u00e3o muda ao longo do tempo.<\/p>\n<h4>Tentativa 1: Como alterar a prioridade<\/h4>\n<p>Neste momento, \u00e9 necess\u00e1rio decidir como o MLFQ ir\u00e1 alterar o n\u00edvel de prioridade<br \/>\nda tarefa (e assim sua posi\u00e7\u00e3o na fila) ao longo de seu ciclo de vida. Para<br \/>\nisso, \u00e9 preciso considerar o fluxo de trabalho: um certo n\u00famero de<br \/>\ntarefas interativas com tempos de execu\u00e7\u00e3o curtos (e, portanto, frequente libera\u00e7\u00e3o da<br \/>\nCPU) e algumas tarefas longas que usam a CPU durante todo o seu tempo de opera\u00e7\u00e3o, enquanto<br \/>\no tempo de resposta para essas tarefas n\u00e3o \u00e9 importante. E assim, pode-se fazer a primeira tentativa<br \/>\nde implementar o algoritmo MLFQ com as seguintes regras:<\/p>\n<ul>\n<li> Regra 3: Quando uma tarefa chega ao sistema, ela \u00e9 colocada na fila com a mais alta<\/li>\n<li>prioridade.<\/li>\n<li>Regra 4a: Se a tarefa utiliza todo o tempo alocado, sua<\/li>\n<li>prioridade \u00e9 reduzida.<\/li>\n<li>Regra 4b: Se a tarefa libera a CPU antes de esgotar seu tempo, ela<\/li>\n<li>mant\u00e9m sua prioridade anterior.<\/li>\n<\/ul>\n<p><b>Exemplo 1: Uma \u00fanica tarefa de longa dura\u00e7\u00e3o<\/b><\/p>\n<p>Como pode ser visto neste exemplo, a tarefa ao entrar \u00e9 atribu\u00edda com a mais alta<br \/>\nprioridade. Ap\u00f3s um intervalo de 10 ms, o processo \u00e9 reduzido em prioridade<br \/>\npelo escalonador. Ap\u00f3s o pr\u00f3ximo intervalo de tempo, a tarefa finalmente \u00e9 reduzida para<br \/>\na prioridade mais baixa no sistema, onde permanece.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/9b4ee6de03aa92d7957d50b4ffa73949.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p><b>Exemplo 2: Uma tarefa curta chegou<\/b><\/p>\n<p>Agora vamos ver um exemplo de como o MLFQ tentar\u00e1 se aproximar do SJF. Nele<br \/>\nh\u00e1 duas tarefas: A, que \u00e9 uma tarefa de longa dura\u00e7\u00e3o constantemente<br \/>\nocupando a CPU e B, que \u00e9 uma tarefa interativa curta. Suponha que<br \/>\nA j\u00e1 tenha trabalhado por algum tempo quando a tarefa B chegou.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/19c299b0519585fd1076a341a71f048b.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p>Neste gr\u00e1fico, os resultados do cen\u00e1rio s\u00e3o vis\u00edveis. A tarefa A, assim como qualquer tarefa<br \/>\nque utiliza a CPU, aparece na parte inferior. A tarefa B chegar\u00e1 no tempo T=100 e ser\u00e1<br \/>\ncolocada na fila com a mais alta prioridade. Como seu tempo de execu\u00e7\u00e3o \u00e9 curto,<br \/>\nela ser\u00e1 conclu\u00edda antes de alcan\u00e7ar a \u00faltima fila.<\/p>\n<p>Desse exemplo, podemos entender o principal objetivo do algoritmo: como o algoritmo n\u00e3o<br \/>\nsabe se a tarefa \u00e9 longa ou curta, ele primeiro sup\u00f5e que a tarefa<br \/>\n\u00e9 curta e lhe d\u00e1 a mais alta prioridade. Se realmente for uma tarefa curta, ela<br \/>\nser\u00e1 conclu\u00edda rapidamente, caso contr\u00e1rio, se for uma tarefa longa, ela se mover\u00e1 lentamente<br \/>\npara baixo na prioridade e em breve provar\u00e1 que realmente \u00e9 uma tarefa longa, que n\u00e3o<br \/>\nrequer resposta.<\/p>\n<p><b>Exemplo 3: E quanto \u00e0 entrada e sa\u00edda?<\/b><\/p>\n<p>Agora vamos olhar para um exemplo com entrada e sa\u00edda. Como foi afirmado na regra 4b,<br \/>\nse um processo libera a CPU sem usar todo o seu tempo de CPU,<br \/>\nele permanece no mesmo n\u00edvel de prioridade. As inten\u00e7\u00f5es dessa regra s\u00e3o bastante simples \u2014<br \/>\nse uma tarefa interativa realiza muitas opera\u00e7\u00f5es de entrada e sa\u00edda, por exemplo, esperando<br \/>\npor pressionamentos de tecla ou clique do mouse do usu\u00e1rio, essa tarefa liberar\u00e1 a CPU<br \/>\nantes do tempo alocado. N\u00e3o gostar\u00edamos de rebaixar essa tarefa na prioridade,<br \/>\nportanto, ela permanecer\u00e1 no mesmo n\u00edvel.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/480d33a670fb62a639e5938dd59e30a1.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p>Este exemplo mostra como o algoritmo funcionar\u00e1 com esses processos \u2014 a tarefa interativa B, que precisa da CPU apenas por 1 ms antes de executar<br \/>\no processo de entrada e sa\u00edda e a longa tarefa A, que utiliza toda sua CPU.<br \/>\nMLFQ mant\u00e9m a tarefa B com a mais alta prioridade, pois ela continuamente libera<br \/>\na CPU. Se B for uma tarefa interativa, o algoritmo nesse caso atingiu<br \/>\nseu objetivo de executar tarefas interativas rapidamente.<\/p>\n<p><b>Problemas com o algoritmo MLFQ atual<\/b><\/p>\n<p>Nos exemplos anteriores, constru\u00edmos uma vers\u00e3o b\u00e1sica do MLFQ. E parece que ele<br \/>\nexecuta seu trabalho bem e com honestidade, distribuindo o tempo de CPU de forma justa entre<br \/>\ntarefas longas e permitindo que tarefas curtas ou tarefas que exigem intensivamente<br \/>\nentrada e sa\u00edda sejam processadas rapidamente. Infelizmente, essa abordagem apresenta v\u00e1rias<br \/>\nproblemas s\u00e9rios.<br \/>\n<b>Primeiro<\/b>, o problema da fome: se houver muitas tarefas interativas no sistema, elas consumir\u00e3<br \/>\ntodo o tempo de CPU, e assim nenhuma tarefa longa<br \/>\nter\u00e1 a oportunidade de ser executada (elas ficam famintas).<\/p>\n<p><b>Em segundo lugar<\/b>, usu\u00e1rios inteligentes poderiam programar suas aplica\u00e7\u00f5es de maneira a<br \/>\nenganar o escalonador. O truque est\u00e1 em fazer algo que force<br \/>\no escalonador a conceder mais tempo de CPU. O algoritmo que<br \/>\nfoi descrito acima \u00e9 bastante vulner\u00e1vel a esse tipo de ataque: antes que a janela de tempo esteja praticamente<br \/>\nacabando, \u00e9 necess\u00e1rio realizar uma opera\u00e7\u00e3o de entrada e sa\u00edda (para qualquer arquivo, n\u00e3o importa qual)<br \/>\ne assim liberar o CPU. Esse comportamento permitir\u00e1 permanecer na mesma<br \/>\nfila e novamente obter uma maior porcentagem de tempo de CPU. Se feito<br \/>\ncorretamente (por exemplo, sendo executado 99% do tempo da janela antes de liberar o CPU),<br \/>\nessa tarefa pode simplesmente monopolizar o processador.<\/p>\n<p>Finalmente, o programa pode mudar seu comportamento ao longo do tempo. Aqueles<br \/>\nque usaram o CPU podem se tornar interativos. Em nosso exemplo, tais<br \/>\ntarefas n\u00e3o receber\u00e3o o tratamento adequado do escalonador, como teriam outras<br \/>\n(as originais) tarefas interativas.<\/p>\n<p><u>Pergunta ao p\u00fablico: que tipos de ataques ao escalonador poderiam ser realizados no mundo moderno?<br \/>\n<\/u><\/p>\n<h4>Tentativa 2: Aumento de prioridade<\/h4>\n<p>Vamos tentar mudar as regras e ver se conseguimos evitar problemas com<br \/>\nfome. O que poder\u00edamos fazer para garantir que as tarefas relacionadas<br \/>\nao CPU obtenham seu tempo (mesmo que n\u00e3o seja muito).<br \/>\nComo uma solu\u00e7\u00e3o simples para o problema, podemos sugerir periodicamente<br \/>\naumentar a prioridade de todas essas tarefas no sistema. Existem v\u00e1rias maneiras<br \/>\nde alcan\u00e7ar isso, vamos tentar implementar como exemplo algo simples: elevar<br \/>\nimediatamente todas as tarefas \u00e0 prioridade mais alta, da\u00ed a nova regra:<\/p>\n<ul>\n<li><b>Regra5<\/b>: Ap\u00f3s um determinado per\u00edodo S, elevar todas as tarefas no sistema \u00e0 fila mais alta.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Nossa nova regra resolve dois problemas ao mesmo tempo. Em primeiro lugar, os processos<br \/>\ngarantidamente n\u00e3o ficam sem recursos: as tarefas que est\u00e3o na fila de prioridade alta dividir\u00e3o<br \/>\no tempo de CPU de acordo com o algoritmo RR, e assim todos os processos receber\u00e3o<br \/>\ntempo de CPU. Em segundo lugar, se algum processo que anteriormente usava<br \/>\napenas o CPU se tornar interativo, ele permanecer\u00e1 na fila com a mais alta<br \/>\nprioridade depois de receber uma eleva\u00e7\u00e3o de prioridade para o mais alto uma vez.<br \/>\nVamos considerar um exemplo. Neste cen\u00e1rio, consideramos um processo que utiliza<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3b8d879ab4479622684b126ec5af6af3.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p>CPU e dois processos interativos curtos. \u00c0 esquerda, a imagem ilustra o comportamento sem a eleva\u00e7\u00e3o de prioridade, e assim uma tarefa longa come\u00e7a a ficar sem recursos ap\u00f3s a chegada de dois processos interativos ao sistema. Na imagem \u00e0 direita, a cada 50ms ocorre uma eleva\u00e7\u00e3o de prioridade, garantindo que todos os processos recebam tempo de CPU e sejam executados periodicamente. 50ms aqui \u00e9 apenas um exemplo, na pr\u00e1tica esse n\u00famero \u00e9 um pouco maior.<br \/>\n\u00c9 evidente que adicionar um tempo de eleva\u00e7\u00e3o peri\u00f3dica S leva \u00e0<br \/>\npergunta inevit\u00e1vel: qual deve ser o valor configurado? Um dos respeitados<br \/>\nengenheiros de sistema, John Ousterhout, chamava tais valores em sistemas de constante voo-doo<br \/>\nporque, de certa forma, exigiam um pouco de magia negra para serem ajustados corretamente.<br \/>\nE, infelizmente, S tem esse car\u00e1ter. Se o valor for configurado muito<br \/>\nalto \u2014 tarefas longas come\u00e7ar\u00e3o a ficar sem recursos. E se for configurado um valor muito baixo,<br \/>\nas tarefas interativas n\u00e3o receber\u00e3o o devido tempo de CPU.<\/p>\n<h4>Tentativa 3: Melhor controle<\/h4>\n<p>Agora temos um novo problema que precisa ser resolvido: como n\u00e3o<br \/>\ndeixar que nosso escalonador seja enganado? Os culpados por essa possibilidade s\u00e3o<br \/>\nas regras 4a, 4b, que permitem que a tarefa mantenha a prioridade, liberando o CPU<br \/>\nantes da expira\u00e7\u00e3o do tempo alocado. Como lidamos com isso?<br \/>\nA solu\u00e7\u00e3o neste caso pode ser considerada como a melhor contagem do tempo de CPU em cada<br \/>\nn\u00edvel MLFQ. Em vez de esquecer o tempo que o programa utilizou<br \/>\no CPU durante um intervalo de tempo designado, deve-se contar e manter esse tempo. Ap\u00f3s<br \/>\no processo ter utilizado seu tempo alocado, deve-se rebaix\u00e1-lo para o pr\u00f3ximo.<br \/>\nn\u00edvel de prioridade. Agora n\u00e3o importa como o processo usar\u00e1 seu tempo \u2014 seja<br \/>\nconstantemente computando no processador ou como uma s\u00e9rie de chamadas. Assim,<br \/>\ndeve-se reescrever a regra 4 da seguinte forma:<\/p>\n<ul>\n<li><b>Regra4<\/b>: Ap\u00f3s a tarefa gastar o tempo alocado na fila atual (independentemente de quantas vezes liberou a CPU), a prioridade dessa tarefa \u00e9 reduzida (ela desce na fila).<\/li>\n<\/ul>\n<p>Vamos dar uma olhada no exemplo:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/18c53e62b9b342d14a23995bd422ef5e.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\">&gt;<\/p>\n<p>A figura mostra o que acontece se tentarmos enganar o escalonador, como<br \/>\nse fosse com as regras anteriores 4a, 4b resultaria no lado esquerdo. Com a nova<br \/>\nregra \u2014 o resultado fica \u00e0 direita. Antes da prote\u00e7\u00e3o, qualquer processo poderia chamar I\/O at\u00e9 a conclus\u00e3o e<br \/>\nassim dominar a CPU; ap\u00f3s a introdu\u00e7\u00e3o da prote\u00e7\u00e3o, independentemente do comportamento<br \/>\ndo I\/O, ele ainda assim descer\u00e1 na fila e, portanto, n\u00e3o poder\u00e1 apropriar-se desonestamente<br \/>\ndos recursos da CPU.<\/p>\n<h4>Melhorando o MLFQ e outros problemas<\/h4>\n<p>Com as melhorias mencionadas acima surgem novos problemas: uma das principais<br \/>\nquest\u00f5es \u00e9 como parametrizar um escalonador desse tipo? Ou seja, quantas devem ser<br \/>\nas filas? Qual deve ser o tamanho da janela de execu\u00e7\u00e3o do programa dentro da fila? Com que<br \/>\nfrequ\u00eancia deve-se aumentar a prioridade do programa para evitar a faminto e<br \/>\nconsiderar a mudan\u00e7a no comportamento do programa? N\u00e3o h\u00e1 uma resposta simples para essas perguntas,<br \/>\ne apenas experimentos com cargas e subsequente configura\u00e7\u00e3o<br \/>\ndo escalonador podem levar a um certo equil\u00edbrio satisfat\u00f3rio.<\/p>\n<p>Por exemplo, a maioria das implementa\u00e7\u00f5es de MLFQ permite atribuir diferentes<br \/>\nintervalos de tempo a diferentes filas. Filas de alta prioridade geralmente<br \/>\nrecebem intervalos curtos. Essas filas consistem em tarefas interativas,<br \/>\ncujo tempo de troca \u00e9 bastante sens\u00edvel e deve levar 10 milissegundos ou menos.<br \/>\nEm contrapartida, filas de baixa prioridade consistem em tarefas longas que usam<br \/>\na CPU. E neste caso, longos intervalos de tempo se encaixam muito bem (100 ms).<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Sistemas Operacionais: Tr\u00eas Pe\u00e7as F\u00e1ceis. Parte 5: Planejamento: Filas de Feedback Multin\u00edvel (tradu\u00e7\u00e3o)\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/4eb6c6669034adeb1615c29454fbb1dc.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\"><\/p>\n<p>Neste exemplo, h\u00e1 2 tarefas que trabalharam na fila de alta prioridade por 20<br \/>\nms, divididas em janelas de 10 ms. 40 ms na fila m\u00e9dia (janela de 20 ms) e na fila de baixa prioridade<br \/>\na janela de tempo tornou-se 40 ms, onde as tarefas completaram seu trabalho.<\/p>\n<p>A implementa\u00e7\u00e3o do MLFQ no sistema operacional Solaris \u00e9 uma classe de planejadores que dividem o tempo.<br \/>\nO planejador fornece um conjunto de tabelas que definem exatamente como deve<br \/>\nmudar a prioridade de um processo ao longo de sua vida, qual deve ser o tamanho<br \/>\nda janela alocada e com que frequ\u00eancia as prioridades da tarefa devem ser elevadas. O administrador<br \/>\ndo sistema pode interagir com esta tabela e for\u00e7ar o planejador a se comportar<br \/>\nde maneira diferente. Por padr\u00e3o, esta tabela tem 60 filas com um aumento gradual do<br \/>\ntamanho da janela de 20ms (alta prioridade) at\u00e9 v\u00e1rias centenas de ms (baixa prioridade), al\u00e9m<br \/>\nde um impulso para todas as tarefas uma vez por segundo.<\/p>\n<p>Outros planejadores MLFQ n\u00e3o utilizam tabelas ou regras espec\u00edficas<br \/>\ncomo as descritas nesta aula, ao contr\u00e1rio, eles calculam prioridades usando<br \/>\nf\u00f3rmulas matem\u00e1ticas. Por exemplo, o planejador do FreeBSD utiliza uma f\u00f3rmula para<br \/>\ncalcular a prioridade atual da tarefa, com base em quanto o processo<br \/>\nusou a CPU. Al\u00e9m disso, o uso da CPU se deteriora com o tempo, e assim<br \/>\na eleva\u00e7\u00e3o de prioridades ocorre de maneira um pouco diferente do que foi descrito. Esses s\u00e3o os<br \/>\nchamados algoritmos de decay. A partir da vers\u00e3o 7.1 do FreeBSD, \u00e9 utilizado o planejador ULE.<\/p>\n<p>Por fim, muitos planejadores t\u00eam outras caracter\u00edsticas. Por exemplo, alguns<br \/>\nplanejadores reservam os n\u00edveis mais altos para o funcionamento do sistema operacional e, assim, nenhum processo do usu\u00e1rio conseguir\u00e1 obter a prioridade mais alta no<br \/>\nsistema. Alguns sistemas permitem dar dicas para ajudar<br \/>\no planejador a definir prioridades corretamente. Por exemplo, com o comando<br \/>\nnice <b>nice<\/b><br \/>\n\u00e9 poss\u00edvel aumentar ou diminuir a prioridade de uma tarefa e, assim, elevar ou<br \/>\nreduzir as chances do programa obter tempo de CPU.<\/p>\n<h3>MLFQ: Resumo<\/h3>\n<p>Descrevemos uma abordagem de agendamento chamada MLFQ. Seu nome<br \/>\nreflete o princ\u00edpio de funcionamento \u2014 ele possui v\u00e1rias filas e utiliza feedback<br \/>\npara determinar a prioridade da tarefa.<br \/>\nA vers\u00e3o final das regras ser\u00e1 a seguinte:<\/p>\n<ul>\n<li><b>Regra1<\/b>: Se a prioridade(A) &gt; Prioridade(B), a tarefa A ser\u00e1 executada (B n\u00e3o ser\u00e1)<\/li>\n<li><b>Regra2<\/b>: Se a prioridade(A) = Prioridade(B), A e B s\u00e3o executadas utilizando RR<\/li>\n<li><b>Regra3<\/b>: Quando uma tarefa \u00e9 inserida no sistema, ela \u00e9 colocada na fila de maior prioridade.<\/li>\n<li><b>Regra4<\/b>: Ap\u00f3s a tarefa gastar o tempo alocado na fila atual (independentemente de quantas vezes liberou a CPU), a prioridade dessa tarefa \u00e9 reduzida (ela desce na fila).<\/li>\n<li><b>Regra5<\/b>: Ap\u00f3s um determinado per\u00edodo S, elevar todas as tarefas no sistema \u00e0 fila mais alta.<\/li>\n<\/ul>\n<p>O MLFQ \u00e9 interessante pela seguinte raz\u00e3o: em vez de exigir conhecimento pr\u00e9vio sobre<br \/>\na natureza da tarefa, o algoritmo estuda o comportamento passado da tarefa e estabelece<br \/>\nprioridades de acordo. Assim, ele tenta equilibrar o desempenho para tarefas pequenas (SJF, STCF) e executar adequadamente tarefas longas,<br \/>\nque consomem CPU. Por isso, muitos sistemas, incluindo BSD e seus derivados,<br \/>\nSolaris, Windows, Mac, utilizam alguma forma do algoritmo<br \/>\nMLFQ como base do escalonador.<\/p>\n<h4>Materiais adicionais:<\/h4>\n<ol>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/manpages.debian.org\/stretch\/manpages\/sched.7.en.html\">manpages.debian.org\/stretch\/manpages\/sched.7.pt.html<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Scheduling_\">pt.wikipedia.org\/wiki\/Agendamento_<\/a><\/noindex>(computa\u00e7\u00e3o)<\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/pages.lip6.fr\/Julia.Lawall\/atc18-bouron.pdf\">pages.lip6.fr\/Julia.Lawall\/atc18-bouron.pdf<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.usenix.org\/legacy\/event\/bsdcon03\/tech\/full_papers\/roberson\/roberson.pdf\">www.usenix.org\/legacy\/event\/bsdcon03\/tech\/full_papers\/roberson\/roberson.pdf<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/chebykin.org\/freebsd-process-scheduling\">chebykin.org\/freebsd-process-scheduling<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ol>\n<p>Fonte: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/450116\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u0412\u0432\u0435\u0434\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0432 \u043e\u043f\u0435\u0440\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c\u044b \u041f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442, \u0425\u0430\u0431\u0440! \u0425\u043e\u0447\u0443 \u043f\u0440\u0435\u0434\u0441\u0442\u0430\u0432\u0438\u0442\u044c \u0432\u0430\u0448\u0435\u043c\u0443 \u0432\u043d\u0438\u043c\u0430\u043d\u0438\u044e \u0441\u0435\u0440\u0438\u044e \u0441\u0442\u0430\u0442\u0435\u0439-\u043f\u0435\u0440\u0435\u0432\u043e\u0434\u043e\u0432 \u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0438\u043d\u0442\u0435\u0440\u0435\u0441\u043d\u043e\u0439 \u043d\u0430 \u043c\u043e\u0439 \u0432\u0437\u0433\u043b\u044f\u0434 \u043b\u0438\u0442\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u044b \u2014 OSTEP. \u0412 \u044d\u0442\u043e\u043c \u043c\u0430\u0442\u0435\u0440\u0438\u0430\u043b\u0435 \u0440\u0430\u0441\u0441\u043c\u0430\u0442\u0440\u0438\u0432\u0430\u0435\u0442\u0441\u044f \u0434\u043e\u0441\u0442\u0430\u0442\u043e\u0447\u043d\u043e \u0433\u043b\u0443\u0431\u043e\u043a\u043e \u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u0430 unix-\u043f\u043e\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u043e\u043f\u0435\u0440\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0445 \u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c, \u0430 \u0438\u043c\u0435\u043d\u043d\u043e \u2014 \u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u0430 \u0441 \u043f\u0440\u043e\u0446\u0435\u0441\u0441\u0430\u043c\u0438, \u0440\u0430\u0437\u043b\u0438\u0447\u043d\u044b\u043c\u0438 \u043f\u043b\u0430\u043d\u0438\u0440\u043e\u0432\u0449\u0438\u043a\u0430\u043c\u0438, \u043f\u0430\u043c\u044f\u0442\u044c\u044e \u0438 \u043f\u0440\u043e\u0447\u0438\u0438\u043c\u0438 \u043f\u043e\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u043c\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u043e\u043d\u0435\u043d\u0442\u0430\u043c\u0438, \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0435 \u0441\u043e\u0441\u0442\u0430\u0432\u043b\u044f\u044e\u0442 \u0441\u043e\u0432\u0440\u0435\u043c\u0435\u043d\u043d\u0443\u044e \u041e\u0421. \u041e\u0440\u0438\u0433\u0438\u043d\u0430\u043b \u0432\u0441\u0435\u0445 \u043c\u0430\u0442\u0435\u0440\u0438\u0430\u043b\u043e\u0432 \u0432\u044b \u043c\u043e\u0436\u0435\u0442\u0435 \u043f\u043e\u0441\u043c\u043e\u0442\u0440\u0435\u0442\u044c \u0432\u043e\u0442 \u0442\u0443\u0442. 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