0.4 Định thời biểu cpu  (Page 2/17)

Định thời biểu trưng dụng

Quyết định định thời biểu CPU có thể xảy ra một trong 4 trường hợp sau:

1. Khi một quá trình chuyển từ trạng thái chạy sang trạng thái chờ (thí dụ: yêu cầu nhập/xuất, hay chờ kết thúc của một trong những quá trình con).
2. Khi một quá trình chuyển từ trạng thái chạy tới trạng thái sẳn sàng (thí dụ: khi một ngắt xảy ra)
3. Khi một quá trình chuyển từ trạng thái chờ tới trạng thái sẳn sàng (thí dụ: hoàn thành nhập/xuất)
4. Khi một quá trình kết thúc

Trong trường hợp 1 và 4, không cần chọn lựa loại định thời biểu. Một quá trình mới (nếu tồn tại trong hàng đợi sẳn sàng) phải được chọn để thực thi. Tuy nhiên, có sự lựa chọn loại định thời biểu trong trường hợp 2 và 3.

Khi định thời biểu xảy ra chỉ trong trường hợp 1 và 4, chúng ta nói cơ chế định thời không trưng dụng (nonpreemptive); ngược lại, khi định thời biểu xảy ra chỉ trong trường hợp 2 và 3, chúng ta nói cơ chế định thời trưng dụng (preemptive). Trong định thời không trưng dụng, một khi CPU được cấp phát tới một quá trình, quá trình giữ CPU cho tới khi nó giải phóng CPU hay bởi kết thúc hay bởi chuyển tới trạng thái sẳn sàng. Phương pháp định thời biểu này được dùng bởi các hệ điều hành Microsoft Windows 3.1 và bởi Apple Macintosh. Phương pháp này chỉ có thể được dùng trên các nền tảng phần cứng xác định vì nó không đòi hỏi phần cứng đặc biệt (thí dụ, một bộ đếm thời gian) được yêu cầu để định thời biểu trưng dụng.

Tuy nhiên, định thời trưng dụng sinh ra một chi phí. Xét trường hợp 2 quá trình chia sẻ dữ liệu. Một quá trình có thể ở giữa giai đoạn cập nhật dữ liệu thì nó bị chiếm dụng CPU và một quá trình thứ hai đang chạy. Quá trình thứ hai có thể đọc dữ liệu mà nó hiện đang ở trong trạng thái thay đổi. Do đó, những kỹ thuật mới được yêu cầu để điều phối việc truy xuất tới dữ liệu được chia sẻ.

Sự trưng dụng cũng có một ảnh hưởng trong thiết kế nhân hệ điều hành. Trong khi xử lý lời gọi hệ thống, nhân có thể chờ một hoạt động dựa theo hành vi của quá trình. Những hoạt động như thế có thể liên quan với sự thay đổi dữ liệu nhân quan trọng (thí dụ: các hàng đợi nhập/xuất). Điều gì xảy ra nếu quá trình bị trưng dụng CPU ở trong giai đoạn thay đổi này và nhân (hay trình điều khiển thiết bị) cần đọc hay sửa đổi cùng cấu trúc? Sự lộn xộn chắc chắn xảy ra. Một số hệ điều hành, gồm hầu hết các ấn bản của UNIX, giải quyết vấn đề này bằng cách chờ lời gọi hệ thống hoàn thành hay việc nhập/xuất bị nghẽn, trước khi chuyển đổi ngữ cảnh. Cơ chế này đảm bảo rằng cấu trúc nhân là đơn giản vì nhân sẽ không trưng dụng một quá trình trong khi các cấu trúc dữ liệu nhân ở trong trạng thái thay đổi. Tuy nhiên, mô hình thực thi nhân này là mô hình nghèo nàn để hỗ trợ tính toán thời thực và đa xử lý.

Trong trường hợp UNIX, các phần mã vẫn là sự rủi ro. Vì các ngắt có thể xảy ra bất cứ lúc nào và vì các ngắt này không thể luôn được bỏ qua bởi nhân, nên phần mã bị ảnh hưởng bởi ngắt phải được đảm bảo từ việc sử dụng đồng thời. Hệ điều hành cần chấp nhận hầu hết các ngắt, ngược lại dữ liệu nhập có thể bị mất hay dữ liệu xuất bị viết chồng. Vì thế các phần mã này không thể được truy xuất đồng hành bởi nhiều quá trình, chúng vô hiệu hóa ngắt tại lúc nhập và cho phép các ngắt hoạt động trở lại tại thời điểm việc nhập kết thúc. Tuy nhiên, vô hiệu hóa và cho phép ngắt tiêu tốn thời gian, đặc biệt trên các hệ thống đa xử lý.