FCFS Scheduling Algorithm: What is, Παράδειγμα προγράμματος

Με: Ναθάνιελ Μπρουκς Ναθάνιελ Μπρουκς
Hours Ενημερώθηκε

⚡ Έξυπνη Σύνοψη

Ο προγραμματισμός "Όποιος έρχεται πρώτος εξυπηρετείται" εκτελεί τις διεργασίες με την ακριβή σειρά που φτάνουν στην ουρά ετοιμότητας, χρησιμοποιώντας μια απλή μη προληπτική προσέγγιση FIFO που τον καθιστά τον ευκολότερο αλγόριθμο προγραμματισμού CPU για την εφαρμογή ενός λειτουργικού συστήματος.

  • 🔄 Ορισμός: Το FCFS αντιστοιχίζει την CPU σε όποια διεργασία την ζητήσει πρώτη, διαχειριζόμενο την ουρά ετοιμότητας ως δομή first-in, first-out (FIFO).
  • ⚙️ Φύση: Το FCFS δεν είναι προληπτικό, επομένως μια εκτελούμενη διεργασία κρατά την CPU μέχρι να ολοκληρώσει ολόκληρο τον χρόνο έκρηξης.
  • ️ Αναλογία: Όπως σε μια ουρά στο γκισέ εισιτηρίων, η διαδικασία που φτάνει πρώτη εξυπηρετείται πρώτη και οι επόμενοι που φτάνουν περιμένουν τη σειρά τους.
  • 📊 Υπολογισμός: Ο μέσος χρόνος αναμονής βρίσκεται από τον υπο-υπολογιστήtracυπολογίζοντας την ώρα άφιξης κάθε διεργασίας από την ώρα έναρξης και, στη συνέχεια, υπολογίζοντας τον μέσο όρο όλων των διεργασιών.
  • 🐢 Φαινόμενο νηοπομπής: Μία μακρά διαδικασία στο προσκήνιο αναγκάζει τις εργασίες να περιμένουν μικρότερες, αυξάνοντας τον μέσο χρόνο αναμονής και βλάπτοντας την απόδοση.
  • 🤖 Γωνία Τεχνητής Νοημοσύνης: Η μηχανική μάθηση προβλέπει τους χρόνους burst για τη βελτίωση του προγραμματισμού και το Copilot βοηθά στη γρήγορη σύνταξη και δοκιμή κώδικα FCFS.
Περισσότερα

Αλγόριθμος Χρονοπρογραμματισμού FCFS σε Operating System

Τι είναι η μέθοδος First Come First Serve;

First Come First Serve (FCFS) είναι ένας αλγόριθμος προγραμματισμού λειτουργικού συστήματος που εκτελεί αυτόματα αιτήματα και διεργασίες σε ουρά με τη σειρά άφιξής τους. Είναι ο ευκολότερος και απλούστερος αλγόριθμος προγραμματισμού CPU. Σε αυτόν τον τύπο αλγορίθμου, η διεργασία που ζητά πρώτη την CPU λαμβάνει πρώτη την κατανομή CPU. Αυτό διαχειρίζεται με μια ουρά FIFO. Η πλήρης μορφή του FCFS είναι "Όποιος έρθει πρώτος εξυπηρετείται".

Καθώς μια διεργασία εισέρχεται στην ουρά ετοιμότητας, το PCB (Process Control Block) της συνδέεται με την ουρά της ουράς. Έτσι, όταν η CPU ελευθερωθεί, αντιστοιχίζεται στη διεργασία στην αρχή της ουράς.

Χαρακτηριστικά της μεθόδου FCFS

Τα κύρια χαρακτηριστικά της μεθόδου «Όποιος έρχεται πρώτος εξυπηρετείται πρώτος» παρατίθενται παρακάτω:

  • Πρόκειται για μια μη προληπτικός αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού, έτσι ώστε μια διεργασία να διατηρεί την CPU μέχρι να ολοκληρώσει τον χρόνο έκρηξης.
  • Οι εργασίες εκτελούνται πάντα με σειρά προτεραιότητας.
  • Είναι εύκολο να εφαρμοστεί και να χρησιμοποιηθεί.
  • Αυτή η μέθοδος είναι χαμηλής απόδοσης και ο γενικός χρόνος αναμονής είναι αρκετά υψηλός.

Παράδειγμα Προγραμματισμού FCFS

Ένα πραγματικό παράδειγμα της μεθόδου FCFS είναι η αγορά ενός εισιτηρίου κινηματογράφου στο ταμείο εισιτηρίων. Σε αυτόν τον αλγόριθμο προγραμματισμού, ένα άτομο εξυπηρετείται σύμφωνα με τη σειρά στην ουρά. Το άτομο που φτάνει πρώτο στην ουρά αγοράζει πρώτο το εισιτήριο και μετά το επόμενο. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να αγοράσει το εισιτήριο και το τελευταίο άτομο στην ουρά. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον αλγόριθμο, η διαδικασία της CPU λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο.

Πώς λειτουργεί το FCFS; Υπολογισμός μέσου χρόνου αναμονής

Για να κατανοήσετε πώς ο αλγόριθμος προγραμματίζει τις διεργασίες, ακολουθεί ένα παράδειγμα πέντε διεργασιών που φτάνουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Κάθε διεργασία έχει διαφορετικό χρόνο burst.

Διαδικασία Ώρα έκρηξης Ωρα άφιξης
P1 6 2
P2 2 5
P3 8 1
P4 3 0
P5 4 4

Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο προγραμματισμού FCFS, αυτές οι διεργασίες αντιμετωπίζονται ως εξής.

Βήμα 1) Η διαδικασία ξεκινά με το P4, το οποίο έχει χρόνο άφιξης 0.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 1

Βήμα 2) Την ώρα=1, φτάνει το P3. Το P4 εκτελείται ακόμα. Ως εκ τούτου, το P3 διατηρείται σε μια ουρά.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 2

Βήμα 3) Τη χρονική στιγμή = 2, το P1 φτάνει και διατηρείται στην ουρά.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 3

Βήμα 4) Τη χρονική στιγμή = 3, η διεργασία P4 ολοκληρώνει την εκτέλεσή της.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 4

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

Βήμα 5) Στο time=4, το P3, το οποίο είναι πρώτο στην ουρά, ξεκινά την εκτέλεση.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 5

Βήμα 6) Τη χρονική στιγμή = 5, το P2 φτάνει και διατηρείται σε μια ουρά.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 6

Βήμα 7) Τη χρονική στιγμή = 11, το P3 ολοκληρώνει την εκτέλεσή του.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 7

Βήμα 8) Τη χρονική στιγμή = 11, το P1 ξεκινά την εκτέλεση. Έχει χρόνο burst 6, επομένως ολοκληρώνει την εκτέλεση στο χρονικό διάστημα 17.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 8

Βήμα 9) Τη χρονική στιγμή = 17, το P5 ξεκινά την εκτέλεση. Έχει χρόνο burst 4, επομένως ολοκληρώνει την εκτέλεση τη χρονική στιγμή = 21.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 9

Βήμα 10) Τη χρονική στιγμή = 21, το P2 ξεκινά την εκτέλεση. Έχει χρόνο burst 2, επομένως ολοκληρώνει την εκτέλεση στο χρονικό διάστημα 23.

Παράδειγμα προγραμματισμού FCFS βήμα 10

Βήμα 11) Τώρα, ας υπολογίσουμε τον μέσο χρόνο αναμονής για το παραπάνω παράδειγμα.

FCFS προγραμματισμός μέσου χρόνου αναμονής

Waiting time = Start time - Arrival time

P4 = 0 – 0 = 0

P3 = 3 – 1 = 2

P1 = 11 – 2 = 9

P5 = 17 – 4 = 13

P2 = 21 – 5 = 16

Μέσος Χρόνος Αναμονής = (0 + 2 + 9 + 13 + 16) / 5 = 40 / 5 = 8

Υπολογισμός μέσου χρόνου αναμονής προγραμματισμού FCFS

Πλεονεκτήματα του FCFS

Ακολουθούν τα πλεονεκτήματα και τα οφέλη της χρήσης του αλγορίθμου χρονοπρογραμματισμού FCFS:

Μειονεκτήματα του FCFS

Ακολουθούν τα μειονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης του αλγορίθμου χρονοπρογραμματισμού FCFS:

  • Είναι ένας μη προληπτικός αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού CPU, επομένως μόλις μια διεργασία έχει εκχωρηθεί στην CPU, δεν θα την απελευθερώσει ποτέ μέχρι να ολοκληρωθεί η εκτέλεση.
  • Ο μέσος χρόνος αναμονής είναι υψηλός.
  • Οι σύντομες διεργασίες στο τέλος της ουράς πρέπει να περιμένουν να ολοκληρωθεί η μεγάλη διεργασία στο μπροστινό μέρος.
  • Δεν είναι η ιδανική τεχνική για συστήματα χρονομερισμού.
  • Λόγω της απλότητάς του, το FCFS δεν είναι πολύ αποτελεσματικό.

Συχνές Ερωτήσεις

Ο αλγόριθμος "Όποιος έρχεται πρώτος, πρώτος εξυπηρετείται" δεν βασίζεται στην επιλογή "προληπτικός". Μόλις μια διεργασία λάβει την CPU, εκτελείται μέχρι να ολοκληρωθεί η ριπή της, επομένως ο χρονοπρογραμματιστής δεν μπορεί να τη διακόψει για να εκτελέσει μια νέα ή μικρότερη διεργασία.

Το φαινόμενο της συνοδείας (convoy effect) συμβαίνει όταν αρκετές σύντομες διεργασίες περιμένουν πίσω από μία μεγάλη διεργασία στην αρχή της ουράς. Αυτή η μεμονωμένη μεγάλη εργασία αυξάνει τον μέσο χρόνο αναμονής και μειώνει τη συνολική απόδοση της CPU.

Ο χρόνος ολοκλήρωσης ισούται με τον χρόνο ολοκλήρωσης μείον τον χρόνο άφιξης για κάθε διεργασία. Μετρά τον συνολικό χρόνο που μια διεργασία αφιερώνει στο σύστημα, από την άφιξή της μέχρι να ολοκληρώσει την εκτέλεση στην CPU.

Το FCFS εξυπηρετεί με σειρά άφιξης, Πρώτα η πιο σύντομη εργασία εξυπηρετεί πρώτα τη μικρότερη ριπή για μικρότερο χρόνο αναμονής, και έγγραφο φέρων τας υπογραφάς εν κύκλω δίνει σε κάθε διεργασία ένα σταθερό χρονικό διάστημα για κατανομή χρόνου.

Το καθαρό FCFS δεν προκαλεί έλλειψη χρόνου (starving), επειδή κάθε διεργασία φτάνει τελικά στην αρχή της ουράς FIFO. Ωστόσο, οι μεγάλες εργασίες μπορούν να καθυστερήσουν σημαντικά τις μικρές εργασίες μέσω του φαινομένου της συνοδείας.

Το FCFS εκτελείται σε χρόνο O(n) όταν οι διεργασίες έχουν ήδη ταξινομηθεί κατά ώρα άφιξης, καθώς κάθε μία έχει προγραμματιστεί μία φορά. Η ταξινόμηση των μη ταξινομημένων αφίξεων κατά ώρα άφιξης προσθέτει πρώτα ένα βήμα O(n log n).

Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης προβλέπουν τους χρόνους έκρηξης διεργασιών και επιλέγουν ή συντονίζουν πολιτικές προγραμματισμού για να μειώσουν τον μέσο χρόνο αναμονής και την κατανάλωση ενέργειας. Οι ερευνητές εφαρμόζουν αυτούς τους προγραμματιστές που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη σε διακομιστές cloud και κέντρα δεδομένων.

Ναι. Το GitHub Copilot μπορεί να δημιουργήσει κώδικα FCFS σε C, JavaΤο HIFU, ή Υψηλής Έντασης Εστιασμένος Υπέρηχος, στοχεύει επίσης στο πρόσωπο και τον λαιμό. Προσφέρει θεραπεία σε γρήγορες εκπομπές, γεγονός που κάνει τις συνεδρίες θεραπείας συντομότερες. Python με υπολογισμούς χρόνου αναμονής και χρόνου ολοκλήρωσης. Να επαληθεύετε πάντα τους τύπους ταξινόμησης χρόνου άφιξης, ισοπαλίας και μέσου όρου πριν εμπιστευτείτε την έξοδο.

Συνοψίστε αυτήν την ανάρτηση με: