Арбитраж ресурсов

Управление ресурсами

Даже если потребление ресурсов не поддается контролю, определенное воздействие на время отклика оказывают тактики управления этими ресурсами.

♦ Введение параллелизма. Параллельная обработка запросов способствует сокращению продолжительности блокирования. Параллелизм можно организовать путем обработки потоков событий в разных потоках процессов или создания дополнительных потоков для обработки разных наборов операций. Для обеспечения эффективности параллелизма требуется обоснованное распределение потоков между ресурсами (выравнивание нагрузок).

♦ Ведение нескольких копий данных или вычислений. Согласно образцу «клиент-сервер», клиент представляет собой точную копию вычисления. Такие копии сокращают состязательность, характерную для ситуации выполнения всех вычислений на центральном сервере. Тактика кэширования предполагает дублирование данных в разноскоростных или отдельных репозитариях, что также способствует сокращению состязательности. Поскольку кэшированные данные, как правило, представляют собой копию существующих данных, система должна принять на себя обязанность по обеспечению согласованности и синхронизации таких копий.

♦ Увеличение ресурсов. Сокращению задержки способствует увеличение скорости процессоров, введение новых процессоров, расширение памяти и повышение скоростных характеристик сети. Одним из факторов выбора ресурсов обычно является их стоимость, но от этого ничего не меняется — увеличение ресурсов в любом случае способствует сокращению задержек. Анализ компромиссного решения по стоимости/производительности приводится в главе 12.

Если за ресурс наблюдается состязание, составляется график его использования. Такие графики, в частности, создаются для процессоров, буферов и сетей. Задача архитектора состоит в том, чтобы выявить характеристики использования каждого ресурса и выбрать оптимальную стратегию планирования (составления графика).

Любую политику планирования можно разделить на две части: назначение приоритетов и координацию. Назначение приоритетов производится во всех без исключения политиках. Иногда приоритеты расставляются по схеме «первым пришел — первым обслужен». В других случаях приоритеты привязываются

к временным требованиям запроса или его семантической значимости. Среди критериев планирования — оптимальное использование ресурса, важность запроса минимизация обращений к ресурсам, сокращение задержки, повышение пропускной способности, предотвращение зависания и обеспечение равноправия и т. д. Архитектор должен обладать достаточными знаниями об этих критериях, иметь в виду, что иногда они конфликтуют, и четко представлять последствия выбора той или иной тактики в контексте их удовлетворения.

Координация потока событий с высоким приоритетом возможна лишь в том случае, если соответствующий ресурс доступен. Иногда приходится прерывать обслуживание текущих пользователей ресурсов. В том, что касается прерывания обслуживания, возможны три решения: 1) прерывание может происходить в любой момент или 2) только в определенные моменты, 3) прерывание исполняемых процессов не разрешается. Ниже приводятся наиболее распространенные политики планирования.

1. Первым пришел — первым обслужен (FIFO). Все запросы признаются равноправными и обслуживаются по очереди. При этом возникает возможность задержки одного запроса другим, на обслуживание которого уходит слишком много времени. Если все запросы действительно равноправны, в этом нет ничего страшного, однако при наличии высокоприоритетных запросов начинаются проблемы.

2. Планирование с фиксированным приоритетом. Каждый источник ресурсов запрашивает для себя определенный приоритет и назначает его своим ресурсом. Эта стратегия обеспечивает повышенное качество обслуживания запросов с высоким приоритетом, но в то же время допускает произвольную продолжительность ожидания обслуживания значимых запросов с низким приоритетом. Ниже приводятся наиболее распространенные стратегии назначения приоритетов.

О Семантическая значимость. Приоритет каждому потоку назначается статически, согласно некоей предметной характеристике порождающей его задачи. Этот вариант применяется в универсальных вычислительных машинах, где в качестве предметной характеристики выступает время инициирования задачи.

О Монотонное назначение приоритетов согласно предельным срокам. Чем более сжатые сроки обработки потока, тем выше ему назначается приоритет (статически). Применяется при планировании потоков с различными приоритетами и сроками обработки в реальном времени.

О Монотонное назначение приоритетов согласно частоте. Чем чаще поступает поток, чем выше его приоритет, назначаемый статически. Это один из вариантов монотонного назначения согласно предельным срокам, но, с другой стороны, он более известен и лучше поддерживается операционными системами.

3. Динамическое приоритетное планирование:

О Циклическое обслуживание — стратегия планирования, согласно которой запросы сначала упорядочиваются, а затем при первой же возможности ресурсы отдаются следующему в установленном порядке запросу.

Один из вариантов циклического обслуживания называется циклическим исполнением и предполагает назначение ресурсов через фиксированные промежутки времени.

О Приоритет коротких предельных сроков. Распределение приоритетов среди запросов проводится согласно предельным срокам их обработки.

4. Статическое планирование. Стратегия циклического планирования предполагает неоперативное определение моментов прерывания и порядка распределения ресурсов между запросами.

Библиография по теории планирования приводится в разделе «Дополнительная литература» в конце главы.

Схема тактик производительности приводится на рис. 5.7.

Дата добавления: 2015-04-25