[论文解读] A Markov Chain Model for the Analysis of Round-Robin Scheduling Scheme

Anand Kumar Shukla, Saurabh Jain+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2010

Interconnection Networks and Systems参考文献 2被引用 8

一句话总结

本文提出一个马尔可夫链模型，用于分析和比较循环调度（round-robin）与先来先服务（FCFS）调度方案，将其视为统一框架下的特例。通过定义一个效率指数，研究发现一种结合FCFS与循环调度特性的混合调度方案，在基于模型的性能指标下更为高效。

ABSTRACT

In the literature of Round-Robin scheduling scheme, each job is processed, one after the another after giving a fix quantum. In case of First-come first-served, each process is executed, if the previously arrived processed is completed. Both these scheduling schemes are used in this paper as its special cases. A Markov chain model is used to compare several scheduling schemes of the class. An index measure is defined to compare the model based efficiency of different scheduling schemes. One scheduling scheme which is the mixture of FIFO and round robin is found efficient in terms of model based study. The system simulation procedure is used to derive the conclusion of the content

研究动机与目标

• 开发一个统一的分析框架，利用随机建模方法评估循环调度与FCFS调度方案。
• 通过一个通用的数学模型，识别纯循环调度与FCFS调度之间的性能权衡。
• 在相同的模型框架内，为比较不同调度策略定义一个定量效率指数。
• 评估混合调度方案的有效性，这些方案结合了FCFS与循环调度的行为特征。
• 通过系统仿真验证模型预测，并推导出实用的调度见解。

提出的方法

• 构建一个离散时间马尔可夫链，以建模作业在调度状态之间的转移。
• 将调度行为表示为一个随机过程，其中每个状态对应于队列中作业的位置。
• 基于稳态概率定义一个效率指数，用于比较不同调度方案。
• 通过调整转移概率，将FCFS与纯循环调度作为马尔可夫模型中的特例处理。
• 使用系统级仿真验证模型预测，并在不同工作负载下评估性能。
• 通过在FCFS与循环调度行为之间插值过渡动态，分析混合方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在一个统一的随机模型中正式比较循环调度与FCFS调度？
• RQ2 时间片大小与作业到达模式对马尔可夫框架下调度效率有何影响？
• RQ3 在所定义的效率指数下，哪种调度策略——纯FCFS、纯循环调度，还是混合方案——表现最优？
• RQ4 仿真结果在多大程度上与马尔可夫链模型的预测一致？
• RQ5 混合调度方案是否能在基于模型的效率方面超越纯FCFS与循环调度？

主要发现

• 马尔可夫链模型成功地将循环调度与FCFS调度的动力学特性作为特例捕捉。
• 所提出的效率指数使得在单一分析框架内对多样化调度策略进行定量比较成为可能。
• 混合调度方案（结合FCFS与循环调度特性）在基于模型的效率度量下表现出更优性能。
• 仿真结果支持模型的预测，验证了该分析方法在性能评估中的有效性。
• 研究证实，调度策略的选择显著影响系统效率，而混合方案提供了有利的权衡。
• 该模型提供了一种可扩展的方法，用于评估新型调度策略，而无需进行全规模实现。