Implementacja algorytmów planowania

Implementacja funkcji priorytetu zgodnie z matematycznym modelem wymaga odpowiednio częstego przeliczania priorytetu procesów. Takie rozwiązanie nawet w przypadku prostych obliczeniowo funkcji wymaga czasu procesora. Istotne jest zatem zastosowanie odpowiednich struktur danych w implementacji kolejki procesów gotowych, żeby wybór przyspieszyć. Z drugiej strony struktury te nie mogą być zbyt kosztowne w utrzymaniu, gdyż niweczy to zysk czasowy, wynikający z możliwości dokonania szybkiego wyboru. Przykładem może być utrzymywanie kolejki procesów gotowych, posortowanej wg. priorytetów. Wybór procesu do wykonania jest natychmiastowy — jest to proces z czoła kolejki. Wstawienie procesu do kolejki jest jednak operacją czasochłonną, chociaż algorytmicznie niezbyt złożoną.

Z punktu widzenia przetwarzania użytkowego przełączanie kontekstu jest marnotrawstwem czasu procesora.
Decyzja planisty musi zapaść w możliwie krótkim czasie.
Struktury danych muszą być tak zaprojektowane, żeby ułatwić dokonanie szybkiego wyboru procesu o najwyższym priorytecie zgodnie z polityką planowania przydziału procesora (modelem matematycznym).

Implementacja algorytmu FCFS

Implementację algorytmu FCFS można oprzeć o kolejkę FIFO. Aktualizacja takiej kolejki jest prostą operacją, nie wymagającą czasochłonnych obliczeń. Kolejka dostarcza też natychmiastowo informację o kolejnym procesie do przydziału procesora.

Taka implementacja nie jest jednak dokładną realizacją modelu matematycznego, przedstawionego wcześniej, albo model matematyczny jest nieadekwatny do przedstawionej implementacji. Po wejściu w stan oczekiwania, a następnie ponownym uzyskaniu gotowości proces umieszczany jest na końcu kolejki. Jest więc traktowany tak, jak gdyby dopiero został przyjęty do systemu, podczas gdy model matematyczny definiuje funkcję priorytetu jako czas przebywania w systemie od momentu przyjęcia.

Struktura danych dla kolejki procesów gotowych -> kolejka FIFO
Umieszczenie procesu w kolejce procesów gotowych -> dopisanie procesu na końcu kolejki FIFO
Wybór procesu do wykonania -> pobranie procesu z czoła kolejki FIFO
Czy taki algorytm realizuje dokładnie założenia modelu matematycznego?

Kolejki priorytetowe

Kolejka priorytetowa jest powszechnie używaną strukturą w implementacji kolejki procesów gotowych w przypadku planowania uwzględniającego priorytety procesów. Jest ona łatwa w aktualizacji, gdyż priorytet jest najczęściej indeksem kolejki odpowiedniego poziomu. Niekiedy liczba poziomów priorytetu jest większa niż liczba poziomów kolejek, wówczas każda kolejka odpowiada pewnemu zakresowi priorytetów. Odwzorowanie priorytetu na poziom kolejki wymaga wówczas prostej operacji arytmetycznej np. dzielenia lub przesunięcia bitów w prawo.

Umieszczanie procesu w kolejce po jej zlokalizowaniu jest operacją wymagającą odpowiedniego powiązania deskryptorów procesów, co sprowadza się do operacji podstawienia kilku wskaźników.

Zlokalizowanie procesu gotowego o najwyższym priorytecie wymaga wyszukania odpowiedniej kolejki. Przyspieszenie tej operacji możliwe jest z wykorzystaniem wektora bitowego, w którym każdy bit odpowiada jednej kolejce, a jego wartość (0 lub 1) wskazuje, czy kolejka jest pusty, czy nie. Przy odpowiednim wsparciu w rozkazach procesora ustalenie indeksu z pierwszą kolejką niepustą sprowadza się do wykonania jednego lub kilku rozkazów maszynowych, zależnie od długości wektora.

Kolejka priorytetowa jest wielopoziomową kolejką ze sprzężeniem zwrotnym, w której każdy poziom odpowiada pewnej wartości priorytetu lub pewnemu zakresowi wartości.
Umieszczenie procesu w kolejce priorytetowej sprowadza się do wyznaczenia pozycji odpowiedniej dla priorytetu procesu, a następnie umieszczeniu procesu na końcu kolejki na tej pozycji.
Wybór procesu o najwyższym priorytecie sprowadza się do zlokalizowania pierwszej niepustej w kolejności malejących priorytetów i wybrania pierwszego procesu z tej kolejki.