شبیهسازی زمانبندی فرآیندها
زمانبندی فرآیندها یکی از وظایف اصلی سیستمعامل است که تعیین میکند کدام فرآیند و در چه زمانی از منابع CPU استفاده کند. در این پروژه عملی، با مراحل شبیهسازی الگوریتمهای زمانبندی فرآیندها آشنا میشویم.
اهداف یادگیری
- آشنایی با الگوریتمهای مختلف زمانبندی فرآیندها
- درک معیارهای ارزیابی الگوریتمهای زمانبندی
- توانایی پیادهسازی و مقایسه الگوریتمهای زمانبندی
مفاهیم اساسی
قبل از شروع شبیهسازی، لازم است با مفاهیم اساسی زمانبندی فرآیندها آشنا شویم:
- زمان ورود (Arrival Time): زمانی که فرآیند وارد سیستم میشود.
- زمان انفجار (Burst Time): مدت زمانی که فرآیند برای تکمیل شدن به CPU نیاز دارد.
- زمان انتظار (Waiting Time): مدت زمانی که فرآیند در صف انتظار برای دریافت CPU سپری میکند.
- زمان برگشت (Turnaround Time): مدت زمان کل سپری شده از زمان ورود فرآیند تا زمان تکمیل آن.
الگوریتمهای زمانبندی
الگوریتمهای مختلفی برای زمانبندی فرآیندها وجود دارند، از جمله:
- اولین ورود، اولین خروج (First-Come, First-Served - FCFS): فرآیندی که زودتر وارد سیستم شود، زودتر اجرا میشود.
- کوتاهترین زمان پردازش بعدی (Shortest Job Next - SJN): فرآیندی که کوتاهترین زمان انفجار را دارد، انتخاب میشود.
- زمانبندی نوبت گردشی (Round Robin - RR): به هر فرآیند یک برش زمانی (Time Slice) اختصاص داده میشود و CPU بین فرآیندها به صورت نوبتی تخصیص مییابد.
پیادهسازی شبیهساز
برای پیادهسازی شبیهساز زمانبندی فرآیندها، میتوان از زبانهای برنامهنویسی مانند C++، Java یا Python استفاده کرد.
مثال: پیادهسازی الگوریتم FCFS در Python
def fcfs(processes):
processes.sort(key=lambda x: x[0]) # مرتبسازی بر اساس زمان ورود
waiting_time = [0]
turnaround_time = []
for i in range(1, len(processes)):
waiting_time.append(waiting_time[i-1] + processes[i-1][1])
turnaround_time.append(waiting_time[i] + processes[i][1])
return waiting_time, turnaround_time
نکات کاربردی و مشاورهای
- برای ارزیابی الگوریتمهای زمانبندی، میتوانید از معیارهایی مانند میانگین زمان انتظار و میانگین زمان برگشت استفاده کنید.
- برای شبیهسازی دقیقتر، میتوانید عواملی مانند اولویت فرآیندها و وقفهها را نیز در نظر بگیرید.
- با مطالعه کد منبع سیستمعاملهای موجود مانند Linux، درک عمیقتری از پیادهسازی زمانبندی فرآیندها به دست آورید.
منابع
- Wikipedia: Scheduling algorithm
- کتاب "سیستمعاملهای مدرن" نوشته اندرو تاننبام