STRIDE & MLFQ SCHEDULING

How to Implement

Scheduling Procedure in Xv6

1. Pick a runnable state process in ptable.proc
2. Context switch and run the process
3. Return to the cpu scheduler and repeat above procedure

본문에서는 첫번째 절차를 수정할 것이다.

Main Concept

Scheduling Procedure in STRIDE & MLFQ algorithm

1. Check that a runnable process is exist in table.proc
   Pick the list or process which has min pass
   If the list is selected, pick a process corresponding each rules in the list
2. Context switch and run the process
3. Return to the cpu scheduler, repeat above procedure

Stride Scheduler 부분에서는 ptable.proc 내에 Runnable process가 존재하는지 확인하고 없을 경우 반복문을 계속 돌기만 한다.

Stride List 와 MLFQ List 그리고 모든 Share process는 각각의 Pass를 갖고있다.

따라서 셋 중에 가장 Pass가 낮은 것을 찾아 어떤 프로세스를 선택할지 결정한다.

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Proc Structure

struct proc {
...
  union sched_data data;
  enum schedstate sched_state;  // Scheduling state
};

union sched_data{
    struct share_data share;
    struct mlfq_data mlfq;
    struct stride_data stride;
};

struct stride_data {
    int swtch; // Default process의 실행 여부
};
struct share_data {
    double pass;
    double strd;
    int share; // cpu_share를 통해 할당한 점유율
};
struct mlfq_data {
    int level; // MLFQ 내의 level
    int exec_count; // Process 실행 횟수
};

Proc 구조체에는 Stride 스케줄링을 위한 union과 해당 Process가 어떤 Scheduling을 적용해야하는지 구분하는 enum이 추가되었다.
공용체를 사용함으로써 메모리 사용량을 최적화 하였다.

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Linked List Data Structure

//proc.c
struct proc_list proc_l[NPROC];

...

//proc.h

struct proc_list{
    struct proc *p;
    struct proc_list *next;
    int use;
};

struct proc_header{
    int proc_num;
    struct proc_list *start;
    struct proc_list *end;
};

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Stride List 와 MLFQ List 모두 Slab 을 활용한 Linked List 로 구성되있다.
Xv6가 생성할 수 있는 최대 프로세스의 개수 만큼 할당하며 proc_list의 use 변수를 통해 사용 중인지 아닌지 판단한다.
또한 앞에 헤더의 proc_num을 통해 List 뒤에 몇 개의 node가 있는지 먼저 판단할 수 있다.

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Stride structure

Stride 알고리즘의 기본적인 작동 방식은 지분율(ticket)에 따른 Stride를 각자 갖고 지나온 Pass를 확인 함으로써 우선순위를 가르게 되어있다.
그러나 본문에서는 약간의 변형을 줄 것이다.

Default Case

cpu_share 또는 run_MLFQ를 실행하지 않았다면 Default stride를 갖게된다.
Default case와 같은 경우는 Stride가 지분율 / Default Stride의 개수이다.
그러므로 Default process 끼리는 RR방식으로 돌아가게된다.

굳이 RR 방식을 채택하게된 이유는 만약 default stride가 모두가 한 번씩 돌지않았을 때 (서로의 Stride의 차이가 발생했을 때)
새로운 Default Stride가 들어오게 되면 새로운 Stride로 Pass를 업데이트하게된다.
결국엔 pass의 차이가 발생하고 이것이 커지게 되면 실행 횟수의 차이가 발생할 수 있기 때문에 각 프로세스는 자신만의 swtich를 갖게되고
STRIDE_struct의 구조체에 있는 switch num과 비교를 통해 실행된 process인지 확인한다.

그러므로 Default Stride는 공유 Pass를 가지므로 도중에 새로운 Process가 들어와도 Pass가 틀어지는 일이 없으며
업데이트 또한 새로운 프로세스를 포함한 Stride로 업데이트된다.

struct STRIDE_struct {
    struct proc_header list;
    double pass;
    double stride;
    int switch_num;
};

SHARE case

cpu_share를 요청하게될 경우 Stride List에서 벗어나 자기만의 Stride, Pass, Share(지분율)을 갖게되며
Stride 알고리즘에 따라 선택된다.

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MLFQ structure

struct MLFQ_struct {
    struct proc_header first;
    struct proc_header second;
    struct proc_header third;
    int boosting_period;
    double pass;
};

MLFQ는 3개의 리스트를 갖고있으며 각각의 헤더에 있는 proc_num을 통해 실행할 프로세스가 있는지 확인할 수 있다.
새로 생성돼서 들어온 프로세스는 Highest 리스트의 제일 뒤에 추가되며 실행은 가장 앞에있는 Process가 실행된다.
time quantum 을 다 실행했을 경우 List의 가장 뒤로 가게된다.
time allotment에 도달했을 경우 다음 큐의 제일 뒤로 가게된다.

또한 지분율을 20%로 고정해줌으로써 Stride에 따른 선택을 받게된다.

Result

CNT

TICK

Xv6의 1tick 당 시간과 Test program의 1cnt 당 시간이 일치하지 않기 때문에 위와같은 차이가 발생하게된다.