Алгоритм планирования FCFS: что такое, пример программы

Автор: Натаниэль Брукс Натаниэль Брукс
Hours обновлено

⚡ Умное резюме

Алгоритм планирования «первым пришел — первым обслужен» (FIFO) запускает процессы в точном порядке их поступления в очередь готовых процессов, используя простой невытесняющий подход FIFO, что делает его самым простым алгоритмом планирования ЦП для реализации в операционной системе.

  • 🔄 Определение: Принцип FCFS (первым пришел — первым обслужил) назначает процессор тому процессу, который запросит его первым, управляя очередью готовых процессов по принципу «первым пришел — первым обслужился» (FIFO).
  • ⚙️ Природа: Принцип FCFS (First First Species — сначала запустится, потом вытесняющий процесс) позволяет процессору оставаться доступным до тех пор, пока не будет выполнено все время выполнения заданного цикла.
  • 🇧🇷 Аналогия: Как в очереди у билетной кассы, обслуживание осуществляется первыми прибывшими, а те, кто пришел позже, ждут своей очереди.
  • 📊 Расчет: Среднее время ожидания определяется по подпунктамtracотсчитывая время прибытия каждого процесса от времени его начала, а затем усредняя значения по всем процессам.
  • 🐢 Эффект конвоя: Один длительный процесс на начальном этапе вынуждает выполнять более короткие задачи в режиме ожидания, что увеличивает среднее время ожидания и снижает производительность.
  • 🤖 Подход с точки зрения ИИ: Машинное обучение прогнозирует периоды всплесков активности для улучшения планирования, а Copilot помогает быстро писать и тестировать код, основанный на принципе «первым пришел — первым обслужился».
Читать

Алгоритм планирования FCFS в Operaтинг система

Что такое метод обслуживания в порядке очереди?

Первое прибытие - первое обслуживание (FCFS) FCFS — это алгоритм планирования задач операционной системы, который автоматически выполняет запросы и процессы из очереди в порядке их поступления. Это самый простой и лёгкий алгоритм планирования ЦП. В этом алгоритме процесс, который первым запрашивает ЦП, получает выделение ЦП первым. Управление осуществляется с помощью очереди FIFO. Полное название FCFS — First Come First Serve (первым пришёл — первым обслужен).

Когда процесс попадает в очередь готовых процессов, его блок управления процессом (PCB) связывается с концом очереди. Таким образом, когда процессор освобождается, он назначается процессу, находящемуся в начале очереди.

Характеристики метода FCFS

Основные характеристики метода «Кто первый пришел, тот и обслуживается» перечислены ниже:

  • Кокаин проходит непревентивный Алгоритм планирования, благодаря которому процесс удерживает процессор до завершения своего пикового времени.
  • Задания всегда выполняются в порядке очереди.
  • Его легко реализовать и использовать.
  • Этот метод имеет низкую производительность, а общее время ожидания довольно велико.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен»

Примером применения метода «первым пришел — первым обслужили» в реальной жизни является покупка билета в кино в кассе. В этом алгоритме обслуживания человек обслуживается в соответствии с порядком очереди. Первым покупает билет тот, кто первым приходит в очередь, затем следующий. Это продолжается до тех пор, пока билет не купит последний человек в очереди. Процесс обработки данных на центральном процессоре работает аналогичным образом.

Как работает FCFS? Расчет среднего времени ожидания

Чтобы понять, как алгоритм планирует процессы, приведем пример пяти процессов, поступающих в разное время. Каждый процесс имеет разное время выполнения.

Разработка Время взрыва Время прибытия
P1 6 2
P2 2 5
P3 8 1
P4 3 0
P5 4 4

Используя алгоритм планирования FCFS, эти процессы обрабатываются следующим образом.

Шаг 1) Процесс начинается с точки P4, время прибытия которой равно 0.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 1.

Шаг 2) В момент времени = 1 прибывает P3. P4 все еще выполняется. Следовательно, P3 хранится в очереди.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 2.

Шаг 3) В момент времени t=2 прибывает P1 и остается в очереди.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 3.

Шаг 4) В момент времени t=3 процесс P4 завершает свое выполнение.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 4.

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ

Шаг 5) В момент времени = 4 P3, который находится первым в очереди, начинает выполнение.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 5.

Шаг 6) В момент времени t=5 прибывает P2 и помещается в очередь.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 6.

Шаг 7) В момент времени t=11 P3 завершает свою работу.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 7.

Шаг 8) В момент времени t=11 P1 начинает выполнение. Время выполнения составляет 6, поэтому оно завершается за 17 секунд.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 8.

Шаг 9) В момент времени t=17 P5 начинает выполнение. Время выполнения составляет 4 секунды, поэтому оно завершается в момент времени t=21.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 9.

Шаг 10) В момент времени t=21 P2 начинает выполнение. Время выполнения составляет 2, поэтому оно завершается за 23 секунд.

Пример планирования по принципу «первым пришел — первым обслужен», шаг 10.

Шаг 11) Теперь давайте рассчитаем среднее время ожидания для приведенного выше примера.

Среднее время ожидания при планировании по принципу «первый пришел — первый обслужился»

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

Среднее время ожидания = (0 + 2 + 9 + 13 + 16) / 5 = 40 / 5 = 8

Расчет среднего времени ожидания по схеме «первым пришел — первым обслужен»

Преимущества FCFS

Вот преимущества и достоинства использования алгоритма планирования FCFS:

  • Это простейшая форма Алгоритм планирования ЦП.
  • Программировать его очень легко.
  • Здесь действует простой принцип «кто первый пришел, тот и получил».

Недостатки FCFS

Вот недостатки и минусы использования алгоритма планирования FCFS:

  • Это алгоритм планирования ЦП без вытеснения, поэтому после того, как процессу выделен процессор, он никогда не освободит его, пока не завершит выполнение.
  • Среднее время ожидания велико.
  • Процессы с короткими этапами обработки, находящиеся в конце очереди, должны ждать завершения процесса с длинным этапом обработки, находящегося в начале очереди.
  • Это не идеальный метод для систем разделения времени.
  • Из-за своей простоты FCFS не очень эффективен.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Алгоритм «первым пришел — первым обслужен» (First Come First Serve) не предусматривает вытеснения. Как только процесс получает доступ к процессору, он выполняется до тех пор, пока не закончится его циклическая работа, поэтому планировщик не может прервать его для запуска вновь прибывшего или более короткого процесса.

Эффект конвоя возникает, когда несколько коротких процессов ожидают в начале очереди за одним длинным процессом. Эта единственная длинная задача увеличивает среднее время ожидания и снижает общую пропускную способность ЦП.

Время выполнения процесса равно времени завершения минус время прибытия каждого процесса. Оно измеряет общее время, которое процесс проводит в системе, от момента его прибытия до завершения выполнения на центральном процессоре.

Обслуживание по принципу «первый пришел — первый обслужился» в порядке прибытия. Кратчайшее задание - сначала Сначала обрабатывается наименьший объем данных для сокращения времени ожидания, и соревнования по круговой системе предоставляет каждому процессу фиксированный временной интервал для разделения времени.

Принцип "первым пришел — первым обслужен" (FCFS) не приводит к "голоданию", поскольку каждый процесс в конечном итоге достигает начала очереди FIFO. Однако длительные задания могут значительно задерживать короткие из-за эффекта "конвоя".

Алгоритм FCFS работает за время O(n), когда процессы уже упорядочены по времени прибытия, поскольку каждый из них планируется один раз. Сортировка неупорядоченных поступлений по времени прибытия добавляет шаг O(n log n).

Модели машинного обучения прогнозируют время выполнения процессов и выбирают или настраивают политики планирования для сокращения среднего времени ожидания и энергопотребления. Исследователи применяют эти планировщики на основе ИИ в облачных серверах и центрах обработки данных.

Да. GitHub Copilot может генерировать код FCFS (первым пришел — первым обслужен) на языке C. Java или Python с расчетами времени ожидания и времени обработки. Всегда проверяйте формулы сортировки по времени прибытия, разрешения неоднозначностей и вычисления среднего значения, прежде чем доверять результатам.

Подведем итог этой публикации следующим образом: