Políticas de escalonamento de processos e threads

O material apresenta políticas de escalonamento de processos e threads. O escalonamento de processos (ou Escalonamento do processador) trata da decisão sobre qual processo será executado em um determinado instante e por qual processador. O material apresenta também algoritmos de escalonamento relevantes, incluindo exemplos de algoritmos preemptivos e não-preemptivos, objetivos e critérios do escalonamento e diferentes tipos de escalonamentos: Escalonamento FIFO (first-in first-out), Escalonamento circular RR (Round-Robin ), Escalonamento SPF (Shortest Process First), Escalonamento SRT (Shortest Remaining Time), Escalonamento FSS (Fair Share Scheduling), Escalonamento de tempo real, Escalonamento de threads Java – JVM, Escalonamento no Windows XP e UNIX.

Escalonamento de processos

Apresenta os principais conceitos de escalonamento de processos. Trata-se sobre filas de processos, a ordem como os recursos são alocados de acordo com a necessidade e/ou prioridade já estabelecida pelos processos, como essas prioridades são tratados para que tenham o máximo de utilização dos recursos como processador, memória, tempo de execução de cada processo já escalonado. Também são tratadas as políticas de escalonamento, os algoritmos que envolvem essas tarefas por parte do processador como algoritmos preemptivos, não preemptivos, escalonamentos de tempo real. O escalonamento de threads em Java também será abordado de forma resumidamente. Tais conteúdos são indicados aos alunos de graduação da área de Engenharia de Computação, Sistemas de Informação e correlatos.

Escalonamento de Processos

A videoaula apresenta o escalonamento de processos, com foco para as políticas de escalonamento do processador. Destaca o escalonamento com prioridades (estática ou dinâmica), o funcionamento do escalonamento de threads em Java, os níveis de escalonamento (alto nível, nível intermediário, baixo nível) e os critérios que são levados em conta pelo algoritmo de escalonamento. Apresenta também os objetivos e critérios do escalonamento e seus seguintes tipos: Escalonamento FIFO (first-in first-out), Escalonamento circular RR (Round-Robin ), Escalonamento SPF (Shortest Process First), Escalonamento SRT (Shortest Remaining Time), Escalonamento FSS (Fair Share Scheduling) - Escalonamento por fração justa, Escalonamento de tempo real, Escalonamento de threads Java – JVM, Escalonamento no Windows XP e UNIX.

Gerenciamento de Threads - Slides

O material apresenta o gerenciamento de threads no Windows. Um sistema operacional envolve atividades assíncronas e algumas vezes paralelas, sendo que a noção de processo de software é usada em sistemas operacionais para expressar o gerenciamento e controle de suas atividades. Processo é um dos conceitos fundamentais no projeto de um sistema operacional moderno. Threads podem ser gerenciados pelo sistema operacional ou pela aplicação do usuário. Além desses conceitos, o material destaca a motivação para o uso de threads; o parâmetro CreateThread; e a prioridade e escalonamento.

Tenuous threads, small miracles

With the new Noosa Youth Centre, Deborah Fisher Architects has woven a small yet sophisticated building out of highly constrained and complex circumstances. Douglas Neale explores a project that convinces through its modesty.

Auto-parametrização de meta-heurísticas para escalonamento dinâmico

Este artigo aborda o problema da parametrização de Técnicas de Optimização Inspiradas na Biologia (BIT - Biological Inspired Optimization Techniques), também conhecidas como Meta-heurísticas, considerando a importância que estas técnicas têm na resolução de situações de mundo real, sujeitas a perturbações externas. É proposto um módulo de aprendizagem com o objectivo de permitir que um Sistema Multi-Agente (SMA) para Escalonamento seleccione automaticamente uma Metaheurística e escolha a parametrização a usar no processo de optimização. Para o módulo de aprendizagem foi usado o Raciocínio baseado em Casos (RBC), permitindo ao sistema aprender a partir da experiência acumulada na resolução de problemas similares. Através da análise dos resultados obtidos é possível concluir acerca das vantagens da sua utilização.

Mecanismo de negociação para sistema de escalonamento dinâmico

Este artigo propõe um Mecanismo de Negociação para Escalonamento Dinâmico com recurso a Swarm Intelligence (SI). No Mecanismo de Negociação, os agentes devem competir para obter um plano de escalamento global. SI é o termo geral para várias técnicas computacionais que retiram ideias e inspiração nos comportamentos sociais de insectos e outros animais. Este artigo propõe uma abordagem híbrida de diferentes conceitos da Inteligência Artificial (IA), como SI, Negociação em Sistemas Multi-Agente (SMA) e Técnicas de Aprendizagem Automática (AA). Este trabalho concentra a sua atenção na negociação, processo através do qual múltiplos agentes auto-interessados podem chegar a acordo através da troca competitiva de recursos.

Resolução do problema do escalonamento da produção de energia eléctrica usando programação lógica por restrições

A operação dos Mercados de Energia Eléctrica passa, actualmente, por uma profunda reestruturação, com o principal foco nas transacções do sistema de transmissão entre os diferentes agentes. Tendo isso em conta, o serviço de transmissão neste novo esquema de funcionamento do Mercado de Energia Eléctrica deve ser provido de máxima eficiência económica, atendendo sempre às restrições de segurança do sistema. Com esta reorganização do sector eléctrico da última década surgiu também a necessidade de rever os modelos tradicionais de optimização económica do Sistema Eléctrico de Energia, como por exemplo o despacho e prédespacho (unit commitment). A reestruturação e liberalização dos mercados de energia eléctrica trouxeram novas restrições a alguns dos problemas tradicionais associados aos Sistemas Eléctricos de Energia. Um desses problemas é o Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica, que no contexto actual, implica quase sempre negociação entre os diferentes agentes do mercado e consequentemente reescalonamento. A maioria dos métodos usados para a resolução do problema não permitem reformular o prédespacho, algo para que a Programação Lógica por Restrições é extremamente adequada. O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa criar uma aplicação computacional com base na Programação Lógica por Restrições, através da plataforma ECLiPSe, para resolver o problema do Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica dos grupos térmicos, demonstrando assim a versatilidade e flexibilidade deste tipo de programação aplicada a problema combinatoriais deste género.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Makespan computation for GPU threads running on a single streaming multiprocessor

Graphics processors were originally developed for rendering graphics but have recently evolved towards being an architecture for general-purpose computations. They are also expected to become important parts of embedded systems hardware -- not just for graphics. However, this necessitates the development of appropriate timing analysis techniques which would be required because techniques developed for CPU scheduling are not applicable. The reason is that we are not interested in how long it takes for any given GPU thread to complete, but rather how long it takes for all of them to complete. We therefore develop a simple method for finding an upper bound on the makespan of a group of GPU threads executing the same program and competing for the resources of a single streaming multiprocessor (whose architecture is based on NVIDIA Fermi, with some simplifying assunptions). We then build upon this method to formulate the derivation of the exact worst-case makespan (and corresponding schedule) as an optimization problem. Addressing the issue of tractability, we also present a technique for efficiently computing a safe estimate of the worstcase makespan with minimal pessimism, which may be used when finding an exact value would take too long.

Calculating an upper bound on the finishing time of a group of threads executing on a GPU: a preliminary case study

Graphics processor units (GPUs) today can be used for computations that go beyond graphics and such use can attain a performance that is orders of magnitude greater than a normal processor. The software executing on a graphics processor is composed of a set of (often thousands of) threads which operate on different parts of the data and thereby jointly compute a result which is delivered to another thread executing on the main processor. Hence the response time of a thread executing on the main processor is dependent on the finishing time of the execution of threads executing on the GPU. Therefore, we present a simple method for calculating an upper bound on the finishing time of threads executing on a GPU, in particular NVIDIA Fermi. Developing such a method is nontrivial because threads executing on a GPU share hardware resources at very fine granularity.

Escalonamento de geradores térmicos com integração de produção eólica: uma abordagem baseada em programação inteira mista

A alta e crescente participação da energia eólica na matriz da produção traz grandes desafios aos operadores do sistema na gestão da rede e planeamento da produção. A incerteza associada à produção eólica condiciona os processos de escalonamento e despacho económico dos geradores térmicos, uma vez que a produção eólica efetiva pode ser muito diferente da produção prevista. O presente trabalho propõe duas metodologias de otimização do escalonamento de geradores térmicos baseadas em Programação Inteira Mista. Pretende-se encontrar soluções de escalonamento que minimizem as influências negativas da integração de energia eólica no sistema elétrico. Inicialmente o problema de escalonamento de geradores é formulado sem considerar a integração da energia eólica. Posteriormente foi considerada a penetração da energia eólica no sistema elétrico. No primeiro modelo proposto, o problema é formulado como um problema de otimização estocástico. Nesta formulação todos os cenários de produção eólica são levados em consideração no processo de otimização. No segundo modelo, o problema é formulado como um problema de otimização determinística. Nesta formulação, o escalonamento é feito para cada cenário de produção eólica e no fim determina-se a melhor solução por meio de indicadores de avaliação. Foram feitas simulações para diferentes níveis de reserva girante e os resultados obtidos mostraram que a alta participação da energia eólica na matriz da produção põe em causa a segurança e garantia de produção devido às características volátil e intermitente da produção eólica e para manter os mesmos níveis de segurança é preciso dispor no sistema de capacidade reserva girante suficiente capaz de compensar os erros de previsão.

Análise do Desempenho de Técnicas de Otimização no Problema de Escalonamento

A optimização nas aplicações modernas assume um carácter fortemente interdisciplinar, relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos. O problema do escalonamento é recorrente no planeamento da produção. Sempre que uma ordem de fabrico é lançada, é necessário determinar que recursos serão utilizados e em que sequência as atividades serão executadas, para otimizar uma dada medida de desempenho. Embora ainda existam empresas a abordar o problema do escalonamento através de simples heurísticas, a proposta de sistemas de escalonamento tem-se evidenciado na literatura. Pretende-se nesta dissertação, a realização da análise de desempenho de Técnicas de Optimização, nomeadamente as meta-heurísticas, na resolução de problemas de optimização complexos – escalonamento de tarefas, particularmente no problema de minimização dos atrasos ponderados, 1||ΣwjTj. Assim sendo, foi desenvolvido um protótipo que serviu de suporte ao estudo computacional, com vista à avaliação do desempenho do Simulated Annealing (SA) e o Discrete Artificial Bee Colony (DABC). A resolução eficiente de um problema requer, em geral, a aplicação de diferentes métodos, e a afinação dos respetivos parâmetros. A afinação dos parâmetros pode permitir uma maior flexibilidade e robustez mas requer uma inicialização cuidadosa. Os parâmetros podem ter uma grande influência na eficiência e eficácia da pesquisa. A sua definição deve resultar de um cuidadoso esforço experimental no sentido da respectiva especificação. Foi usado, no âmbito deste trabalho de mestrado, para suportar a fase de parametrização das meta-heurísticas em análise, o planeamento de experiências de Taguchi. Da análise dos resultados, foi possível concluir que existem vantagem estatisticamente significativa no desempenho do DABC, mas quando analisada a eficiência é possível concluir que há vantagem do SA, que necessita de menos tempo computacional.

Automatização e otimização do escalonamento de pessoal hospitalar

Dissertação de mestrado em Engenharia de Sistemas

Tratamento da hipertensão arterial com olmesartana medoxomila em escalonamento

FUNDAMENTO: As diretrizes nacionais e internacionais enfatizam a importância do tratamento eficaz da hipertensão arterial. Apesar disso, verificam-se baixos índices de controle e alcance das metas preconizadas, indicando que é importante planejar e implementar melhores estratégias de tratamento. OBJETIVO: Avaliar a eficácia de um tratamento, em escalonamento de doses, tendo como base a olmesartana medoxomila. MÉTODOS: Este é um estudo aberto, nacional, multicêntrico e prospectivo, de 144 pacientes com hipertensão arterial primária nos estágios 1 e 2, virgens de tratamento ou após período de washout de duas a três semanas para aqueles em tratamento ineficaz. Avaliou-se o uso da olmesartana medoxomila num algoritmo de tratamento, em quatro fases: (i) monoterapia (20 mg), (ii-iii) associada à hidroclorotiazida (20/12,5 mg e 40/25 mg) e (iv) adição de besilato de anlodipino (40/25 mg + 5 mg). RESULTADOS: Ao fim do tratamento, em escalonamento, 86% dos sujeitos de pesquisa alcançaram a meta de pressão arterial (PA) < 130/85 mmHg. Ocorreram reduções na pressão arterial sistólica (PAS) e na pressão arterial diastólica (PAD) de, no máximo, -44,4 mmHg e -20,0 mmHg, respectivamente. A taxa dos respondedores sistólicos (PAS > 20 mmHg) foi de 87,5% e diastólicos (PAD > 10 mmHg) de 92,4%. CONCLUSÃO: O estudo se baseou em um esquema de tratamento semelhante à abordagem terapêutica da prática clínica diária e mostrou que o uso da olmesartana medoxomila, em monoterapia ou em associação a hidroclorotiazida e anlodipino, foi eficaz para o alcance de meta para hipertensos dos estágios 1 e 2.