Алгоритм планування FCFS: Що таке приклад програми

Автор: Натаніель Брукс Натаніель Брукс
Hours оновлений

⚡ Розумний підсумок

Планування за принципом «перший прийшов, перший обслужений» запускає процеси в точному порядку їх потрапляння до черги готовності, використовуючи простий невитісняючий підхід FIFO, що робить його найпростішим алгоритмом планування процесора для операційної системи.

  • 🔄 Визначення: FCFS призначає процесор тому процесу, який запитує його першим, керуючи чергою готовності за принципом «перший прийшов, перший вийшов» (FIFO).
  • ️ природа: FCFS не є витісняючою, тому запущений процес утримує процесор, доки не завершить весь свій пакетний час.
  • 🎟️ Аналогія: Як і в черзі в касі, процес, який прибуває першим, обслуговується першим, а ті, хто прибуває пізніше, чекають своєї черги.
  • 📊 Розрахунок: Середній час очікування визначається за допомогою субпідрядникаtracВимірювання часу прибуття кожного процесу від часу його початку, а потім усереднення по всіх процесах.
  • ???? Ефект конвою: Один довгий процес на передовій змушує коротші завдання чекати, що збільшує середній час очікування та погіршує продуктивність.
  • 🤖 Кут штучного інтелекту: Машинне навчання прогнозує час пакетної обробки для покращення планування, а Copilot допомагає швидко писати та тестувати код FCFS.
Детальніше

Алгоритм планування FCFS у Operating System

Що таке метод «перший прийшов, перший обслужений»?

Перший прийшов, перший подав (FCFS) — це алгоритм планування операційної системи, який автоматично виконує запити та процеси з черги в порядку їх надходження. Це найпростіший та найпростіший алгоритм планування процесора. У цьому типі алгоритму процес, який першим запитує процесор, першим отримує його розподіл. Це керується чергою FIFO. Повна форма FCFS — «перший прийшов, перший обслужений».

Коли процес потрапляє до черги готовності, його плата керування процесом (PCB) пов'язується з хвостом черги. Таким чином, коли процесор звільняється, він призначається процесу на початку черги.

Характеристики методу FCFS

Основні характеристики методу «хто перший прийшов, той перший обслужений» перелічені нижче:

  • Це непревентивний алгоритм планування, тобто процес утримує процесор завантаженим, доки не завершить свій пакетний час виконання.
  • Завдання завжди виконуються в порядку черги.
  • Його легко реалізувати та використовувати.
  • Цей метод має низьку ефективність, а загальний час очікування досить великий.

Приклад планування FCFS

Реальним прикладом методу FCFS є купівля квитка в кіно в касі. У цьому алгоритмі планування людина обслуговується відповідно до порядку в черзі. Людина, яка прибуває першою в чергу, купує квиток першою, а потім наступна. Це продовжується доти, доки остання людина в черзі не купить квиток. Використовуючи цей алгоритм, процес CPU працює аналогічним чином.

Як працює FCFS? Розрахунок середнього часу очікування

Щоб зрозуміти, як алгоритм планує процеси, ось приклад п'яти процесів, що надходять у різний час. Кожен процес має різний час пакетної обробки.

Процес Час вибуху Час прибуття
P1 6 2
P2 2 5
P3 8 1
P4 3 0
P5 4 4

За допомогою алгоритму планування FCFS ці процеси обробляються наступним чином.

Крок 1) Процес починається з P4, час прибуття якого дорівнює 0.

Приклад планування FCFS крок 1

Крок 2) У час = 1 надходить P3. P4 все ще виконується. Отже, P3 зберігається в черзі.

Приклад планування FCFS крок 2

Крок 3) У момент часу = 2, P1 прибуває та залишається в черзі.

Приклад планування FCFS крок 3

Крок 4) У момент часу = 3 процес P4 завершує своє виконання.

Приклад планування FCFS крок 4

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Крок 5) У момент часу = 4 P3, який є першим у черзі, починає виконання.

Приклад планування FCFS крок 5

Крок 6) У момент часу = 5, P2 прибуває та залишається в черзі.

Приклад планування FCFS крок 6

Крок 7) О моменті часу 11, P3 завершує своє виконання.

Приклад планування FCFS крок 7

Крок 8) О моменті часу 11, P1 починає виконання. Він має час пакетної обробки 6, тому завершує виконання через 17.

Приклад планування FCFS крок 8

Крок 9) О моменті часу = 17, P5 починає виконання. Він має час пакетної обробки 4, тому завершує виконання о моменті часу = 21.

Приклад планування FCFS крок 9

Крок 10) О моменті часу 21, P2 починає виконання. Він має час пакетної обробки 2, тому завершує виконання через 23.

Приклад планування FCFS крок 10

Крок 11) Тепер розрахуємо середній час очікування для наведеного вище прикладу.

Середній час очікування за плануванням FCFS

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

Середній час очікування = (0 + 2 + 9 + 13 + 16) / 5 = 40 / 5 = 8

Розрахунок середнього часу очікування для планування FCFS

Переваги FCFS

Ось переваги та переваги використання алгоритму планування FCFS:

  • Це найпростіша форма Алгоритм планування ЦП.
  • Його легко програмувати.
  • Це дотримується прямого порядку «хто перший прийшов, того й обслужили».

Недоліки FCFS

Ось недоліки та недоліки використання алгоритму планування FCFS:

  • Це невитісняючий алгоритм планування процесора, тому після того, як процес був виділений процесору, він ніколи не звільнить процесор, доки не завершить виконання.
  • Середній час очікування високий.
  • Короткі процеси в кінці черги повинні чекати на завершення довгого процесу на початку.
  • Це не ідеальний метод для систем розподілу часу.
  • Через свою простоту FCFS не дуже ефективний.

Поширені запитання

«Хто перший прийшов, той перший обслуговується» – це невитісняючий алгоритм. Як тільки процес отримує процесор, він виконується до завершення свого пакету, тому планувальник не може перервати його для запуску щойно прибулого або коротшого процесу.

Ефект конвою виникає, коли кілька коротких процесів очікують після одного довгого процесу на початку черги. Це одне довге завдання збільшує середній час очікування та знижує загальну пропускну здатність процесора.

Час виконання дорівнює часу завершення мінус час прибуття для кожного процесу. Він вимірює загальний час, який процес проводить у системі, від моменту його прибуття до завершення виконання на процесорі.

FCFS обслуговує за порядком прибуття, Спочатку найкоротша робота спочатку обслуговує найменший пакет, що зменшує час очікування, та Round Robin надає кожному процесу фіксований часовий інтервал для розподілу часу.

Чистий FCFS не викликає голодування, оскільки кожен процес врешті-решт досягає початку черги FIFO. Однак довгі завдання все ще можуть значно затримувати короткі через ефект конвою.

FCFS виконується за час O(n), коли процеси вже впорядковані за часом прибуття, оскільки кожен з них заплановано один раз. Сортування невідсортованих прибуттів за часом прибуття спочатку додає крок O(n log n).

Моделі машинного навчання прогнозують час пакетної обробки процесів та вибирають або налаштовують політики планування, щоб скоротити середній час очікування та споживання енергії. Дослідники застосовують ці планувальники на основі штучного інтелекту на хмарних серверах та в центрах обробки даних.

Так. GitHub Copilot може генерувати код FCFS на C, Javaабо Python з розрахунками часу очікування та часу виконання замовлень. Завжди перевіряйте формули сортування за часом прибуття, визначення рівності та усереднення, перш ніж довіряти результату.

Підсумуйте цей пост за допомогою: