[論文レビュー] A New Round Robin Based Scheduling Algorithm for Operating Systems: Dynamic Quantum Using the Mean Average

Abbas Noon, Ali Kalakech+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2011

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 6被引用数 99

ひとこと要約

本稿では、待ち行列にあるプロセスの平均バースト時間に基づいて時間量子を動的に調整する動的量子ラウンドロビンスケジューリングアルゴリズム（AN）を提案する。これにより応答時間が短縮され、コンテキストスイッチのオーバーヘッドも低減される。シミュレーション結果は、従来のラウンドロビン方式に比べて、長時間の応答時間と過剰なスケジューリングのオーバーヘッドの両方を最小限に抑えることで、性能が向上することを示している。

ABSTRACT

Round Robin, considered as the most widely adopted CPU scheduling algorithm, undergoes severe problems directly related to quantum size. If time quantum chosen is too large, the response time of the processes is considered too high. On the other hand, if this quantum is too small, it increases the overhead of the CPU. In this paper, we propose a new algorithm, called AN, based on a new approach called dynamic-time-quantum; the idea of this approach is to make the operating systems adjusts the time quantum according to the burst time of the set of waiting processes in the ready queue. Based on the simulations and experiments, we show that the new proposed algorithm solves the fixed time quantum problem and increases the performance of Round Robin.

研究の動機と目的

• 従来のラウンドロビンスケジューリングにおける固定時間量子の限界を解消すること。
• CPUスケジューリングにおける応答時間とコンテキストスイッチのオーバーヘッドを低減すること。
• 待機中のプロセスの平均バースト時間に基づいて時間量子を動的に調整すること。
• マルチタスク環境における全体的なシステムパフォーマンスと応答性を向上させること。
• シミュレーションと実験を通じて、動的量子調整の有効性を検証すること。

提案手法

• 現在リディ・キューに存在するすべてのプロセスの平均バースト時間を計算する。
• この平均バースト時間に基づいて、応答性とオーバーヘッドの両立を図る関数として時間量子を動的に設定する。
• 計算された動的量子を用いて、プロセスをラウンドロビン方式でスケジューリングする。
• 各スケジューリングサイクルの後に、更新されたバースト時間データに基づいて動的量子を再計算する。
• 固定された量子値を避けることで、ワークロードの特性にリアルタイムで適応する。
• プロセスの挙動に基づいて量子サイズを継続的に最適化するフィードバック機構を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平均バースト時間に基づく時間量子の動的調整は、CPUスケジューリングにおける応答時間にどのように影響するか？
• RQ2 動的量子は、固定量子ラウンドロビンと比較してコンテキストスイッチのオーバーヘッドを低減できるか？
• RQ3 平均に基づく量子計算が、全体のシステムスループットとフェアネスに与える影響は何か？
• RQ4 本手法は、従来のラウンドロビンと比較して、さまざまなワークロード条件下でどのように性能を発揮するか？
• RQ5 動的量子は、スケジューリングコストを増加させることなく、応答性をどの程度向上できるか？

主な発見

• 提案されたANアルゴリズムは、固定量子を使用する従来のラウンドロビン方式と比較して、平均応答時間を顕著に短縮している。
• 動的量子メカニズムにより、過剰なコンテキストスイッチが効果的に低減され、スケジューリングのオーバーヘッドが低下している。
• バースト時間が異なるプロセス間での負荷分散が改善されたため、システムスループットが向上している。
• 適応的量子サイズの制御により、スターヴェーションを防ぎ、フェアネスを維持している。
• シミュレーション結果は、さまざまなプロセスバースト時間分布において一貫したパフォーマンス向上を示している。
• 平均に基づく動的量子アプローチは、応答時間と効率指標の両面で、固定量子ラウンドロビンを上回っている。