[论文解读] Enhancing CPU Performance using Subcontrary Mean Dynamic Round Robin (SMDRR) Scheduling Algorithm

Sourav Kumar Bhoi, Sanjaya Kumar Panda+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2014

Real-Time Systems Scheduling参考文献 4被引用 9

一句话总结

本文提出SMDRR，一种动态轮转调度算法，利用进程执行时间的次相反（调和）平均值计算自适应时间片，减少上下文切换并提升CPU性能。实验结果表明，SMDRR在减少平均等待时间、周转时间及上下文切换方面优于标准轮转算法。

ABSTRACT

Round Robin (RR) Algorithm is considered as optimal in time shared environment because the static time is equally shared among the processes. If the time quantum taken is static then it undergoes degradation of the CPU performance and leads to so many context switches. In this paper, we have proposed a new effective dynamic RR algorithm SMDRR (Subcontrary Mean Dynamic Round Robin) based on dynamic time quantum where we use the subcontrary mean or harmonic mean to find the time quantum. The idea of this approach is to make the time quantum repeatedly adjusted according to the burst time of the currently running processes. Our experimental analysis shows that SMDRR performs better than RR algorithm in terms of reducing the number of context switches, average turnaround time and average waiting time.

研究动机与目标

• 为解决传统轮转（RR）调度因固定时间片导致的性能下降问题。
• 减少因次优静态时间片分配引起的过度上下文切换。
• 在分时环境中改善平均等待时间和周转时间。
• 开发一种基于进程执行行为动态调整时间片的调度算法。

提出的方法

• SMDRR算法使用活跃进程执行时间的次相反均值（调和平均值）动态计算时间片。
• 每次进程执行周期后，根据当前执行时间趋势重新计算时间片。
• 该算法持续维护执行时间的调和平均值，以调整时间片以实现最优进程执行。
• SMDRR动态调整时间片，以最小化上下文切换，同时确保CPU分配的公平性。
• 调度机制以计算出的时间片按轮转方式应用于所有就绪进程。
• 该方法通过适应实际进程行为，实现响应性与效率的平衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用调和平均值动态调整时间片对CPU调度中上下文切换频率有何影响？
• RQ2 与标准轮转相比，SMDRR在平均等待时间方面改善程度如何？
• RQ3 在分时系统中，使用次相反均值能否改善周转时间？
• RQ4 在不同工作负载下，SMDRR在公平性和响应性方面表现如何？
• RQ5 基于执行时间的时间片自适应对整体CPU利用率和性能有何影响？

主要发现

• 与标准轮转算法相比，SMDRR显著减少了上下文切换次数。
• SMDRR的平均等待时间低于传统RR，表明进程响应性得到改善。
• 由于时间片自适应优化，SMDRR实现了更优的平均周转时间。
• 使用调和平均值计算时间片可带来更稳定高效的调度决策。
• 该算法在各种执行时间分布下均表现出一致的性能提升。
• 实验结果证实，SMDRR在等待时间、周转时间及上下文切换次数等关键性能指标上优于RR。