[論文レビュー] An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm

Neetu Goel, Rajesh Garg|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2013

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、プロセスの動作に基づいてタイムスライスを動的に調整することで、コンテキストスイッチの回数、待機時間、応答時間を削減する最適なマルチレベル動的ラウンドロビン（OMD-RR）スケジューリングアルゴリズムを提案する。各実行ラウンド後に知的にタイムスライスを再計算することにより、時間共有およびソフトリアルタイムシステムにおける従来のラウンドロビンおよび他の既存のスケジューリング手法よりも優れた性能を達成する。

ABSTRACT

The main objective of this paper is to improve the Round Robin scheduling algorithm using the dynamic time slice concept. CPU scheduling becomes very important in accomplishing the operating system (OS) design goals. The intention should be allowed as many as possible running processes at all time in order to make best use of CPU. CPU scheduling has strong effect on resource utilization as well as overall performance of the system. Round Robin algorithm performs optimally in time-shared systems, but it is not suitable for soft real time systems, because it gives more number of context switches, larger waiting time and larger response time. In this paper, a new CPU scheduling algorithm called An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm is proposed, which calculates intelligent time slice and changes after every round of execution. The suggested algorithm was evaluated on some CPU scheduling objectives and it was observed that this algorithm gave good performance as compared to the other existing CPU scheduling algorithms.

研究の動機と目的

• 時間共有およびソフトリアルタイムシステムにおける従来のラウンドロビンスケジューリングの非効率性、特に高いコンテキストスイッチの回数と悪化した応答時間の問題を解決すること。
• プロセス実行パターンに基づいてタイムスライス値を動的に適応させることで、待機時間と応答時間を短縮すること。
• 複数のスケジューリングレベルにわたる知的なタイムスライス調整を通じて、全体的なシステム性能とリソース利用効率を向上させること。
• 標準的な性能指標を用いて、提案されたアルゴリズムを既存のCPUスケジューリングアルゴリズムと比較すること。
• 多層的で動的なスケジューリングメカニズムを構築し、多様なワークロードにおいて公平性と応答性のバランスをとること。

提案手法

• アルゴリズムは、プロセスの動作および実行特性に基づいて優先度レベルに分類される複数層構造を実装する。
• 各実行ラウンド後に、プロセス実行時間と残りの作業量を考慮したフィードバックメカニズムを用いて、タイムスライス値を動的に再計算する。
• タイムスライスは適応的に調整され、長時間実行するプロセスに対しては延長され、短時間またはインタラクティブなプロセスに対しては短縮されるため、コンテキストスイッチの回数が最小限に抑えられる。
• 優先度ベースのキューイングシステムを用い、高優先度レベルのプロセスは短く頻繁なタイムスライスを受け取り、低優先度レベルのプロセスは長く適応可能なタイムスライスを受ける。
• スケジューリング意思決定は、各レベルをラウンドロビン方式で順次巡回することで行われ、各ラウンド後に性能フィードバックに基づきタイムスライス値が更新される。
• プロセスのバースト時間や応答時間といった動作を評価し、各プロセスの最適なタイムスライス調整を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラウンドロビンスケジューリングにおけるタイムスライス適応は、コンテキストスイッチの回数を削減し、システムの応答性を向上させることができるか？
• RQ2 タイムスライスの動的調整は、時間共有システムにおける待機時間と応答時間にどのような影響を与えるか？
• RQ3 マルチレベルフィードバック機構は、静的または単一層の動的ラウンドロビンと比較して、公平性と性能を向上させることができるか？
• RQ4 提案されたアルゴリズムは、既存のCPUスケジューリングアルゴリズムと比較して、主な性能指標において優れているか？
• RQ5 各実行サイクル後にタイムスライスを再計算する最適な方法は何か？ これにより、システム効率とプロセスの応答性のバランスがとれるか？

主な発見

• 提案されたOMD-RRアルゴリズムは、標準的なラウンドロビンスケジューリングと比較して、コンテキストスイッチの回数を顕著に削減した。
• 待機時間と応答時間は、従来のラウンドロビンおよび他のベンチマークアルゴリズムと比較して著しく低かった。
• 適応的タイムスライス割り当てのおかげで、システムスループットとリソース利用効率が向上した。
• 性能評価により、マルチレベル動的アプローチが、応答性と公平性の観点で既存のアルゴリズムを上回ることが確認された。
• 動的タイムスライス調整メカニズムは、さまざまなワークロードを持つプロセス間でのCPU使用量のバランスを効果的にとれた。
• 特に混合ワークロード下において、時間共有環境における全体的なシステム性能がより優れたものとなった。