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Escalonamento

1. Quando Ocorre

O escalonamento ocorre quando há necessidade de decidir qual processo em estado pronto deve assumir a CPU. Situações típicas:

  • Quando um processo termina;
  • Quando um processo é bloqueado;
  • Quando um novo processo é criado (reavaliar prioridades);
  • Quando ocorrem interrupções.

O processo em execução pode se tornar não apto e outro precisa ser escolhido. Essa decisão é feita pelo escalonador, que usa um algoritmo de escalonamento.

2. Classificação dos Algoritmos

Não-preemptivo:

  • O processo selecionado executa até ser bloqueado ou liberar voluntariamente a CPU.

Preemptivo:

  • O processo é executado por um tempo máximo (quantum). Se não terminar, é suspenso e outro assume.
  • Mais equilibrado e usado na maioria dos SO modernos.
  • Dificulta a programação de processos concorrentes.

3. Critérios de Escalonamento

  • Justiça: garantir que todos os processos tenham acesso justo à CPU.
  • Eficiência: manter a CPU ocupada sempre que houver trabalho.
  • Tempo de resposta: minimizar o tempo de resposta para usuários interativos.
  • Turnaround: minimizar o tempo total entre o lançamento e o término do processo.
  • Tempo de espera (waiting line): reduzir o tempo médio na fila de prontos.
  • Throughput: maximizar o número de processos concluídos por unidade de tempo.

4. Algoritmos Clássicos

4.1 First Come First Served (FCFS)

Características:

  • Processo executado na ordem de chegada.

  • Não-preemptivo.

  • Baseado em fila FIFO.

Vantagens: implementação simples, CPU sempre utilizada.

Desvantagens: processos longos podem atrasar os demais.

Critérios:

  • Justiça: não (um processo pode monopolizar).
  • Eficiência: sim.
  • Tempo de resposta: ruim em caso de tarefas longas.
  • Turnaround: não necessariamente minimizado.
  • Waiting time: alto para processos curtos.
  • Throughput: baixo se tarefas iniciais forem longas.

4.2 Round-Robin (RR)

Características:

  • Cada processo recebe a CPU por um quantum fixo.
  • Alternância circular entre processos.

Vantagens: justo, adequado para sistemas interativos.

Problema: definir quantum ideal.

  • Quantum longo → similar a FCFS.
  • Quantum curto → muitas trocas de contexto, perda de eficiência.
  • Tempo de troca de contexto deve ser menor que o tempo médio de execução.

4.3 Escalonamento com Prioridades

Características:

  • Cada processo recebe uma prioridade.

Atribuição de prioridades:

  • Estática: classes fixas de prioridade.

  • Dinâmica: ajustada pelo sistema conforme comportamento.

    • Processos de E/S → alta prioridade.
    • Fórmula exemplo: prioridade = 1/f, onde f é o quantum usado na última rodada.

4.4 Shortest Job First (SJF)

Características:

  • Executa primeiro o processo com menor tempo de execução estimado.
  • Ideal para sistemas em lote.

Vantagem: minimiza turnaround.

Desvantagem: difícil prever tempo de execução real.

5. Deadlock

Deadlock ocorre quando dois ou mais processos ficam bloqueados permanentemente, esperando por recursos que nunca serão liberados.

Exemplo:

  • Processo A tem o recurso 1 e pede o recurso 2.
  • Processo B tem o recurso 2 e pede o recurso 1.

Condições necessárias para deadlock:

  1. Exclusão mútua: recursos não podem ser compartilhados.
  2. Posse e espera (hold and wait): processos mantêm recursos já adquiridos enquanto esperam por novos.
  3. Não-preempção: recursos não podem ser retirados à força.
  4. Espera circular: cadeia de processos em que cada um espera por recurso do próximo.

6. Considerações Finais

  • O escalonador é fundamental para garantir uso eficiente da CPU e atendimento justo aos processos.
  • A escolha do algoritmo depende do ambiente (lote, interativo, tempo real).
  • Deadlocks representam riscos que exigem prevenção, detecção e recuperação.