Система компьютерного моделирования планировщика задач операционной системы

Цель исследований заключается в компьютерном моделировании процессов планировщика задач операционной системы, моделировании алгоритмов планирования процессов, исследовании загрузки процессора при различном времени ожидания операций ввода-вывода. Приводятся современные представления о процессах и планировании задач, рассматриваются состояния процессов, варианты переходов между этими состояниями. Предложена модель процесса, приводится расчет времени работы процесса при известной вероятности состояния ожидания. Рассмотрен способ изменения приоритета процесса.

Методы. Процессы находятся в одном трех состояний - два активных и одно пассивное. Каждый процесс может быть вытеснен другим при истечении своего кванта времени. Порядок вытеснения определяется приоритетом процесса. Приоритет включает базовую часть и динамическую, которая изменяется с течением времени, а также может измениться по требованию пользователя.

Результаты. В результате компьютерного моделирования была разработана операционная система, реализующая модель процесса и планировщика процессов. Структура процесса включает в себя идентификатор процесса, состояние, контекст процессора (значение регистров), карту памяти. Планировщик реализует алгоритм круговорот (round-robin). При возникновении прерывания таймера сохраняется контекст предыдущего процесса и восстанавливается контекст следующего. В результате моделирования была получена зависимость между числом процессов и загруженностью ЦПУ при различном времени ожидания ввода-вывода.

Заключение. Полученная модель может быть использована при моделировании работы процессов и планировщика задач операционной системы. Она позволяет тестировать алгоритмы планирования с целью повышения производительности операционной системы.

1. Ли И. В., Балса А. Р. Современные подходы к разработке операционных систем для масштабируемых многоядерных систем // Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право. 2014. № 1. С. 6-14.

2. Бовет Д., Чезати М. Ядро Linux. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. 1105 с.

3. Чепцов В. Ю., Черкасова Н. И. Разработка метода динамической модификации расширений ядра в операционной системе macos для обработки радиолокационной и метеоинформации // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации. 2017. № 3. С. 61-71.

4. Таненбаум Э., Бос Н. Современные операционные системы. 4-е изд. СПб.: Питер, 2015. 1120 с.

5. Minix - Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана. URL: https://ru.bmstu.wiki/MINIX (дата обращения 10.02.2020).

6. Сартаков В. А., Атовмян И. О., Заева М. А. Опыт разработки и тестирования встраиваемой микроядерной операционной системы // Прикладная информатика. 2011. № 6. С. 33-37.

7. Кастер Х. Основы Windows NT и NTFS. М.: Русская Редакция, 1996. 440 с.

8. Viennot N., Nair S., Nieh J. Transparent Mutable Replay for Multicore Debugging and Patch Validation // Proceedings of the 18th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS ’13). Houston, TX, 2013.

9. Batch Processing: Design - Build - Run: Applied Practices and Principles. Oreilly. URL: https://www.oreilly.com//...design-build/9780470257630...batch.html (дата обращения: 18.02.2021).

10. Announcing Windows 10 Insider Preview Build 21354 // Windows Experience Blog. 2021. April 7.

11. Wind River’s VxWorks Powers Mars Science Laboratory Rover, Curiosity // Virtual Strategy Magazine. 2012. August 6.

12. Чаплыгин А. А. Малышев А. В. Операционная система с ядром на основе виртуальной машины с уменьшенным набором команд // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. № 1. С. 8-20.

13. Arpaci-Dusseau R. H., Arpaci-Dusseau A. C. Operating Systems: Three Easy Pieces. Маdison: University of Wisconsin-Madison, 2018.

14. Andrews G. R., Schneider F. B. Concepts and Notations for Concurrent Programming // ACM Computing Surveys. 1983. Vol. 15, no. 1.

15. Ben-Ari M. Principles of Concurrent Programming. Boston: Addison-Wesley, 2006.

16. Silberschatz A. Operating System Concepts. 9th ed. New York: John Wiley & Sons, 2012.

17. Coffman E. System Deadlocks // ACM Computing Surveys. 1971. Vol. 3, no. 2.

18. Zhuravlev S. Survey of Scheduling Techniques for Addressing Shared Resources in Multicore Processors // ACM Computing Surveys. 2012. Vol. 45, no. 1.

19. Stallings W. Operating Systems: Internals and Design Principles. 7th ed. PE, 2011.

20. Kwok Y. K. Ahmad I. Static Scheduling Algorithms for Allocating Directed Task Graphs to Multiprocessors // ACM Computing Surveys. 1999. Vol. 31, is. 4.