Escalonamento de processos

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INFOGRÁFICO
CPU-bound é quando um processo passa grande parte do tempo processando.
I/O-bound são os processos que passam grande parte do tempo esperando pela entrada/saída.
Quando um processo é escalonado: Criação, término normal, bloqueio da E/S, quando E/S interrompe e quando o quantum acaba.
Quantum é o intervalo de tempo que o processo possui (fixo).
DICA DO PROFESSOR
Definição: escalonamento consiste na seleção de determinado processo para execução.
Classificação: pode ser preemptivo é tomar um recurso a força e não preemptivo é tomar um recurso após seu término normal.
Categorias de algoritmos de escalonamento: lote que são envios de requisições para processamento, interativos que interagem com o usuário e tempo real que monitora as atividades e precisam de respostas rápidas.
TIPOS DE ALGORITMO EM ESCALONAMENTO:
FIFO – First in First out, não há preempção sendo típico sistemas em lote.
Tarefas mais curtas primeiro são os selecionados primeiro pelo menor tempo de processamento.
Chaveamento circular (round-robin) típicos de sistemas interativos, o processo possui um quantum que quando acaba ele vai para o fim da fila dando oportunidade para o próximo.
Escalonamento por prioridades muito semelhante ao chaveamento circular, porém a diferença é que neste os processos possuem prioridades.
Filas múltiplas o escalonador separa os níveis de prioridade e cria uma fila em cada uma delas, também em sistemas interativos.
Escalonamento por fração justa usado quando tem mais de um usuário, o tempo de execução é divido igualmente entre os mesmos ignorando a ordem e o número de processos, tornando esses fatores secundários.
QUESTÕES
1) O que é CPU-bound e I/O bound?
2) Como se classifica o escalonamento?
3) Diferencie as seguintes categorias de algoritmos de escalonamento: em lote, interativos e tempo real.
4) Em tipos de algoritmo em escalonamento, como funciona o FCFS, tarefas mais curtas e chaveamento circular?
5) [V ou F] A principal diferença entre o chaveamento circular e escalonamento de prioridades ambos são típicos de sistemas interativos, porém a diferença é que o escalonamento de prioridades os processos possuem prioridades.
6) Assinale a alternativa correta:
a. Filas múltiplas são um tipo de algoritmo no qual o escalonador possui níveis diferentes de prioridade e filas nesses níveis.
b. Escalonamento por fração justa é quando possui filas, onde o processo que entra primeiro saí primeiro da fila.
c. O chaveamento circular divide o tempo de execução entre mais de um usuário, onde a ordem e o número de processos são fatores secundários.
d. As tarefas mais curtas são aquelas que são selecionadas pela sua prioridade e não tempo de execução.
7) [V ou F] nos processos cpu-bound e i/o-bound o fator principal é o comprimento da rajada de uso de CPU e não o comprimento da rajada de E/S.
8) Marque a alternativa correta:
I. Sistemas não preemptivos seleciona um processo para executar e permite sua execução até um bloqueio.
II. Sistemas preemptivos seleciona um processo e deixa ele executando até atingir seu quantum, obrigatoriamente esses tipos de sistemas exigem a ocorrência de uma interrupção de relógio no final do intervalo de tempo.
III. Sistema de lote possuem bom desempenho por conta que utilizam apenas algoritmos preemptivos
IV. Sistema em tempo real a preempção é desnecessária pois os processos sabem até quando vão ficar em execução e seus relógios serão interrompidos.
V. Sistema interativos a preempção não é necessária.
a. Todas alternativas estão corretas.
b. Apenas V, III, IV estão corretas.
c. Apenas I, III, IV estão corretas.
d. Apenas I, II, IV estão corretas.
e. Apenas I e II estão corretas.
9) [V ou F] sobre os objetivos dos algoritmos de escalonamento: sob todas as circunstâncias a imparcialidade é importante.
10) [V ou F] em sistemas de lote a utilização da CPU como métrica é errônea, é como classificar um carro tendo por base o giro do motor por segundo. As métricas importantes são: tempo de resposta, taxa de saída e utilização da CPU.
11) Marque as alternativas INCORRETAS referentes ao sistema de lote:
() O primeiro a chegar e o primeiro a ser atendido é um algoritmo de escalonamento preemptivo.
() No algoritmo FCFS os processos recebem tempo de CPU na ordem que solicitam.
() O primeiro processo no FCFS é de início imediato e pode ser executado por tempo indeterminado, o restante entra no final da fila respectivamente a sua entrada.
() O processo no FCFS quando bloqueado faz com que a fila pare, até o receber o comando para desbloquear o processo que estava em execução.
() O FCFS tem desvantagem quando se trata de processos que demoram na sua execução
() Em “tarefas mais curta primeiro” é um algoritmo de escalonamento não preemptivo onde o sistema já possui conhecimento prévio do tempo de execução dos processos.
() “Tarefas mais curtas primeiro” são os Shortest Job First – SJF.
() No SJF o último job é o mais demorado no tempo de execução.
() “Menor tempo de execução restante” são os Shortest Reamining Time Next – SRT.
() No algoritmo de escalonamento SRT o sistema escolhe o processo com o menor tempo de execução restante, porém o tempo de execução não precisa ser sabido previamente.
() Em SRT um job novo com tempo menor que o processo corrente, será priorizado tomando seu lugar.
() Escalonamento em três níveis é admitido em sistema de lotes.
() Escalonador de admissão determina quais processos devem ser mantidos em disco ou na memória.
() Escalonador de memória define quais processos ingressaram no sistema.
() A alternância entre estar na memória principal e estar armazenado no disco é denominado de swapping, gerando mais performance para o sistema.
() O escalonador de memória decidirá cuidadosamente quais processos ficaram dentro da memória, isso é chamado de grau de multiprogramação.
() O escalonador da CPU é o terceiro nível onde ele seleciona os processos prontos na memória para colocar em execução.
12) Marque as alternativas INCORRETAS referentes ao sistema interativo:
() É permitido o escalonamento de três níveis no sistema interativo.
() O escalonamento RR é preemptivo onde cada processo possui um quantum. Processo em execução ao fim do quantum ele será interrompido e a CPU será alocada a outro processo.
() O bloqueio ou o fim de um processo em escalonamento RR não interrompe a execução do mesmo.
() Chaveamento de processo é a troca de um processo (salvar, carregar e etc.).
() Em RR configurar um quantum curto demais causa muita troca de processo e reduz a eficiência da CPU, configurá-lo longo demais pode causar um tempo de resposta ruim para pedidos interativos curtos. O quantum em torno de 20-50ms frequentemente é razoável.
() No escalonamento por prioridade cada processo recebe uma prioridade e o processo pronto, com a prioridade mais alta, tem permissão para executar.
() No escalonamento por prioridade o processo sofre tique de relógio para diminuir sua prioridade correntemente em execução.
() Se a prioridade de um processo não cair correntemente em execução ele não irá chavear o processo para dá oportunidade a outro.
() Em processos que gastam muito tempo com E/S quando solicitado o mesmo deve receber imediatamente a CPU.
() A espera pela CPU de um processo limitado por E/S não ocupa a memória.
() Utilizar um quantum grande gera um tempo de resposta muito grande.
() Nas múltiplas filas os processos de classe alta respondem a um quantum, enquanto as filas mais baixas vão somando mais um quantum a cada nível abaixo. 
() Toda vez que um processo utiliza todos os quantum permitidos, ele será movido para a classe abaixo no modelo de múltiplas filas.
13) O que é a técnica chamada de envelhecimento no SJF?
14) [V ou F] Escalonamento garantido é dar % da CPU divido de forma justa entre os usuários.
15) Como funciona o escalonamento por sorteio?
16) [V ou F] no escalonamento com compartilhamento imparcial os usuários que tiverem mais processos terão maiores frações % da CPU assim como no modelo round-robin.
17) [V ou F]em escalonamento de tempo real, ele é classificado como hard real time onde há prazos finais absolutos a serem cumpridos e soft real time onde perder um prazo final é indesejável, porém tolerável.
18) O que significa separar o mecanismo de escalonamento da política de escalonamento?
19) Em um computador de um usuário existem três processos (A, B e C) na fila de escalonamento, respectivamente, competindo pelo uso da unidade de processamento. Sabe-se que o sistema operacional implementa o algoritmo round-robin e também que o quantum é 10ms. Todos os processos são dependentes da unidade de processamento apenas, e o tempo estimado de execução de cada um é, respectivamente, 10ms, 40ms e 60ms. Depois de quantos milissegundos o processo B estará encerrado?
20) Os algoritmos de escalonamento podem ser divididos em duas principais categorias: preemptivos e não preemptivos. A respeito da preempção, assinale a alternativa correta quanto às possíveis consequências que a sua implementação pode ocasionar:
a. Um algoritmo preemptivo permite que os processos executem por períodos superiores a um dado quantum, mesmo que haja outros na fila.
b. Um algoritmo não preemptivo sempre interrompe um processo após um determinado quantum.
c. Um algoritmo preemptivo interrompe a execução do processo quando este ainda está em execução, porém consome todo o seu quantum.
d. Um algoritmo preemptivo somente escalona um processo quando este sofre uma interrupção de entrada/saída.
e. Um algoritmo preemptivo somente escalona um processo quando este aciona o bloqueio para entrada/saída.
21) Em decorrência da variedade de tipos de processo e usuários, a obtenção de um algoritmo ótimo não é uma tarefa fácil, pois haverá pontos fortes e fracos em cada abordagem. Contudo, existem características essenciais para grupos específicos de usuários ou processos. Quanto aos processos voltados aos sistemas em lote, qual das seguintes características é relevante somente para essa categoria em específico?
a. Vazão
b. Justiça
c. Previsibilidade
d. Cumprimento de prazos
e. Tempo de resposta
22) Um aspecto importante no processo de escalonamento é a definição do quantum de cada processo. A definição de um intervalo de tempo maior ou menor pode resultar em pontos positivos ou negativos. Quanto a isso, assinale a alternativa correta:
a. O processamento de escalonamento não tem uma perda significante de desempenho com um quantum de 4ms e chaveamento de processo de 1ms.
b. O processo de escalonamento de um quantum de 100ms não resulta em grande tempo de espera em filas com 100 processos.
c. A utilização de um quantum grande (maior que 50ms) pode agilizar o tempo de resposta em processos que tome menos de 10ms.
d. O uso de um quantum pequeno gera uma perda maior pelo chaveamento em relação ao processamento.
e. O tempo de chaveamento de processo é insignificante para qualquer quantum adotado.
23) Um sistema operacional A implementa o algoritmo de escalonamento “tarefa mais curta primeiro”. Considerando que em um dado momento existem cinco processos na fila, cada um com os respectivos tempos 20ms, 10ms, 15ms, 12ms e 5ms. Qual é o tempo médio de retorno desse conjunto de processos?
REPOSTAS
1) CPU bound são os processos que possuem longas rajadas de uso da CPU e I/O bound são os processos que possuem curtas rajadas de uso da CPU.
2) Preemptivos e não preemptivos.
3) Sistemas em lote não há usuários esperando, isso o torna aceitável a algoritmos não preemptivos e preemptivos. Sistemas interativo é um ambiente com usuários onde a preempção é fundamental para impedir que um processo se aproprie de todo o tempo da CPU e negue serviço para outros. Sistema de tempo real a preempção é estranha pois é desnecessário já que os processos tem conhecimento que não podem ficar sendo executados por um longo período de tempo.
4) FCFS funciona em sistema de lote, não são preemptivos pois não possuem quantum para finalizar em um tempo fixo a sua execução, seguindo a lógica da fila onde o primeiro a entrar será o primeiro a ser atendido. As tarefas mais curtas são manejadas rapidamente em um sistema de lote não preemptivos pois elas exigem um tempo muito menor de processamento, porém ela gera um tempo de resposta muito grande ou até mesmo infinito para processos que exigem bastante relógio. Chaveamento circular é o famoso round-robin que maneja sistemas interativos preemptivos, possui o quantum que revela o tempo necessário que o processo poderá rodar, se caso for bloqueado ele irá para o final da fila com o tempo maior e rodará o próximo processo da fila.
5) Verdadeiro
6) Alternativa A
7) Verdadeiro
8) Alternativa D
9) Verdadeiro
10) Verdadeiro
11) JUSTIFICAÇÃO DOS ERRADOS:
( ) O primeiro a chegar e o primeiro a ser atendido é um algoritmo de escalonamento preemptivo. – Está incorreto pois este tipo de algoritmo conhecido como FCFS ele não é preemptivo pois não possui o quantum.
( ) O processo no FCFS quando bloqueado faz com que a fila pare, até o receber o comando para desbloquear o processo que estava em execução. – Está incorreto pois a fila continua funcionando fazendo uma chamada do próximo processo da fila e colocando o processo bloqueado para o final dela.
( ) No algoritmo de escalonamento SRT o sistema escolhe o processo com o menor tempo de execução restante, porém o tempo de execução não precisa ser sabido previamente. – Está incorreto pois o sistema sabe previamente o tempo de execução.
( ) Escalonador de admissão determina quais processos devem ser mantidos em disco ou na memória. – Essa função é do escalonador de memória.
( ) Escalonador de memória define quais processos ingressaram no sistema. – Essa função é do escalonador de admissão (refere-se a admitir um processo no sistema).
( ) A alternância entre estar na memória principal e estar armazenado no disco é denominado de swapping, gerando mais performance para o sistema.- Não gera mais performance, isso prejudica o sistema pois para fazer essa transição requer recursos.
12) JUSTIFICAÇÃO DOS ERRADOS:
( ) O bloqueio ou o fim de um processo em escalonamento RR não interrompe a execução do mesmo. – Está incorreto pois qualquer bloqueio ou finalização interromperá um processo.
( ) Se a prioridade de um processo não cair correntemente em execução ele não irá chavear o processo para dá oportunidade a outro. – Está incorreto, o processo possui um quantum que fará esse chaveamento para troca de processo mesmo a sua prioridade não caindo correntemente durante a execução.
( ) A espera pela CPU de um processo limitado por E/S não ocupa a memória. - Está incorreto, qualquer processo ocupa a memória.
13) Estimar o próximo valor em uma série usando a média ponderada do valor corrente medido e a estimativa anterior.
14) Verdadeiro
15) Ele sorteia as frações de uso da CPU entre os processos, sendo que, os processos mais importantes podem receber bilhetes extras. Um processo que contém x bilhetes receberá o mesmo valor x em percentual de uso da CPU.
16) Falso, no modelo com compartilhamento imparcial os usuários iram receber % iguais da CPU para executar seus processos, independente do número de processos que os usuários tenham.
17) Verdadeiro
18) Significa que o algoritmo de escalonamento é parametrizado de alguma maneira, mas os parâmetros podem ser fornecidos pelos processos de usuário.
	19) 80ms.
20) Alternativa C
21) Alternativa A
22) Alternativa D
23) 30.2ms