CPU Scheduling Basics

CPU Scheduling Basics

Overview

CPU scheduling is the process of determining which of the ready processes should be allocated the CPU. This lesson covers CPU burst and I/O burst, scheduling goals, preemptive/non-preemptive scheduling, and the roles of various schedulers.


Table of Contents

  1. What is CPU Scheduling?
  2. CPU Burst and I/O Burst
  3. Scheduling Goals
  4. Preemptive vs Non-preemptive Scheduling
  5. Types of Schedulers
  6. Dispatcher
  7. Practice Problems

1. What is CPU Scheduling?

Definition

CPU Scheduling = Selecting which process in the Ready queue
                should be allocated the CPU

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                   CPU Scheduling Location                β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”‚
β”‚  β”‚ New    │───▢│          Ready Queue               β”‚  β”‚
β”‚  β”‚Process β”‚    β”‚  P1 β†’ P2 β†’ P3 β†’ P4 β†’ ...          β”‚  β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β”‚
β”‚                              β”‚                          β”‚
β”‚                              β”‚ CPU Scheduler selects    β”‚
β”‚                              β–Ό                          β”‚
β”‚                       β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”                     β”‚
β”‚                       β”‚    CPU    β”‚                     β”‚
β”‚                       β”‚ (Running) β”‚                     β”‚
β”‚                       β””β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”˜                     β”‚
β”‚                             β”‚                           β”‚
β”‚            β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”          β”‚
β”‚            β–Ό                β–Ό                β–Ό          β”‚
β”‚       β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”      β”‚
β”‚       β”‚Terminateβ”‚    β”‚ I/O Wait  β”‚    β”‚ Return  β”‚      β”‚
β”‚       β”‚         β”‚    β”‚  (Wait)   β”‚    β”‚to Ready β”‚      β”‚
β”‚       β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜      β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Why Scheduling is Needed

1. Maximize CPU utilization
   - Always have processes ready to execute so CPU doesn't idle

2. Fair resource distribution
   - Provide appropriate CPU time to all processes

3. Optimize system performance
   - Increase throughput, decrease response time

4. Support multitasking
   - Make it appear that multiple processes run simultaneously

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚             Without Scheduling vs With Scheduling         β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                          β”‚
β”‚  Without Scheduling (Sequential):                        β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚  β”‚ P1 (I/O wait)   β”‚ P2 (I/O wait)   β”‚ P3 (I/O wait)  β”‚ β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚  Time: β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–‘β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–‘β–‘β–‘β–‘                   β”‚
β”‚               Lots of CPU idle time                      β”‚
β”‚                                                          β”‚
β”‚  With Scheduling:                                        β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚  β”‚ P1 β”‚ P2 β”‚ P3 β”‚ P1 β”‚ P2 β”‚ P3 β”‚ ...                  β”‚ β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚  Time: β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ                       β”‚
β”‚               Minimal CPU idle time                      β”‚
β”‚                                                          β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

2. CPU Burst and I/O Burst

What is a Burst?

Process Execution = Alternation of CPU Burst and I/O Burst

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                    Process Execution Cycle               β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Start ──▢ CPU Burst ──▢ I/O Burst ──▢ CPU Burst ──▢ ...β”‚
β”‚             β”‚            β”‚            β”‚                 β”‚
β”‚             β–Ό            β–Ό            β–Ό                 β”‚
β”‚          Computation    I/O Wait   Computation         β”‚
β”‚          (Running)     (Waiting)   (Running)           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Timeline Example:

Process P1:
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ CPU  β”‚  I/O     β”‚  CPU  β”‚   I/O    β”‚ CPU  β”‚ Exit β”‚
β”‚ 10ms β”‚  50ms    β”‚  5ms  β”‚  30ms    β”‚ 8ms  β”‚      β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

CPU-bound vs I/O-bound Processes

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚              Burst Patterns by Process Type              β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                          β”‚
β”‚  CPU-bound Process (Computation intensive):              β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”       β”‚
β”‚  β”‚   Long CPU burst   β”‚IOβ”‚   Long CPU burst   β”‚IOβ”‚       β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”˜       β”‚
β”‚  Examples: Scientific computation, video encoding,        β”‚
β”‚            compilers                                     β”‚
β”‚                                                          β”‚
β”‚  I/O-bound Process (I/O intensive):                      β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”                   β”‚
β”‚  β”‚CPβ”‚ I/O β”‚CPβ”‚ I/O β”‚CPβ”‚ I/O β”‚CPβ”‚ I/O β”‚                   β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”˜                   β”‚
β”‚  Examples: Text editors, web browsers,                   β”‚
β”‚            interactive programs                          β”‚
β”‚                                                          β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚      Feature     β”‚  CPU-bound    β”‚      I/O-bound        β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ CPU burst lengthβ”‚ Long           β”‚ Short                  β”‚
β”‚ I/O burst freq  β”‚ Low            β”‚ High                   β”‚
β”‚ Scheduling need β”‚ Long time sliceβ”‚ Fast response time     β”‚
β”‚ Examples        β”‚ Numerical comp β”‚ Web server, database   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

CPU Burst Distribution

Frequency
 ↑
 β”‚  β–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 β”‚  β–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆβ–ˆ
 └────────────────────────────────▢ CPU Burst Length

Most processes have short CPU bursts
β†’ Many I/O-bound processes
β†’ Processing short processes first reduces average wait time

3. Scheduling Goals

Key Performance Metrics

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                    Scheduling Metrics                    β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ CPU Utilization   β”‚ Percentage of time CPU is working   β”‚
β”‚                   β”‚ Goal: Maximize (40%~90%)            β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Throughput        β”‚ Number of processes completed per   β”‚
β”‚                   β”‚ unit time. Goal: Maximize           β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Turnaround Time   β”‚ Time from submission to completion  β”‚
β”‚                   β”‚ = Wait + Execution + I/O time       β”‚
β”‚                   β”‚ Goal: Minimize                      β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Waiting Time      β”‚ Total time spent in Ready queue     β”‚
β”‚                   β”‚ Goal: Minimize                      β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Response Time     β”‚ Time from submission to first       β”‚
β”‚                   β”‚ response. Important for interactive β”‚
β”‚                   β”‚ systems. Goal: Minimize             β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Time Concept Visualization

Process P Timeline:

Arrival                 Completion
  β”‚                   β”‚
  β–Ό                   β–Ό
──┬─────────────────────┬─────────────────────┬──▢ Time
  β”‚                     β”‚                     β”‚
  │◀── Turnaround Time ────────────────────▢│
  β”‚                                           β”‚
  β”‚  Wait  β”‚ Execute β”‚ Wait β”‚ Execute        β”‚
  β”‚β—€Wait β–Άβ”‚         β”‚β—€Waitβ–Άβ”‚                β”‚
  β”‚                                           β”‚
  │◀─▢First Response                         β”‚
  β”‚Response                                   β”‚
  β”‚Time                                       β”‚


Calculation Example:
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Process P:                                              β”‚
β”‚   Arrival time = 0                                      β”‚
β”‚   Execution time = 10ms (total CPU usage time)          β”‚
β”‚   Completion time = 25ms                                β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚ Turnaround Time = Completion - Arrival = 25 - 0 = 25ms β”‚
β”‚ Waiting Time = Turnaround - Execution = 25 - 10 = 15ms β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Trade-offs Between Goals

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                   Scheduling Goal Trade-offs             β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  CPU Utilization ←─────────────────────▢ Response Time  β”‚
β”‚  (Maximize)          Conflicting         (Minimize)     β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Throughput ←───────────────────────▢ Fairness         β”‚
β”‚  (Maximize)        Conflicting        (Equal dist)      β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Priorities differ by system type:                      β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚  β”‚ Batch System   β”‚ Throughput, CPU utilization first β”‚ β”‚
β”‚  β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€ β”‚
β”‚  β”‚ Interactive    β”‚ Response time first               β”‚ β”‚
β”‚  β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€ β”‚
β”‚  β”‚ Real-time      β”‚ Meeting deadlines first           β”‚ β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

4. Preemptive vs Non-preemptive Scheduling

Non-preemptive Scheduling

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚              Non-preemptive Scheduling                   β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  β€’ Process runs until it voluntarily releases CPU       β”‚
β”‚  β€’ CPU cannot be forcibly taken away                    β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  CPU Release Points:                                    β”‚
β”‚  1. Process terminates                                  β”‚
β”‚  2. Transitions to waiting state (I/O request)          β”‚
β”‚  3. Voluntary yield (yield())                           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Timeline:                                              β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚  β”‚ P1 (10ms)              β”‚ P2 (5ms)    β”‚ P3 (3ms) β”‚   β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β”‚  P2, P3 wait even if they arrive while P1 runs          β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Advantages: Simple implementation, low context         β”‚
β”‚              switch overhead                            β”‚
β”‚  Disadvantages: Long response time, long process can    β”‚
β”‚                 monopolize CPU                          β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Example Algorithms: FCFS, SJF (non-preemptive)        β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Preemptive Scheduling

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                Preemptive Scheduling                     β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  β€’ Scheduler can forcibly take away CPU from process    β”‚
β”‚  β€’ Can immediately allocate CPU to more important       β”‚
β”‚    process when it arrives                              β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  CPU Preemption Points:                                 β”‚
β”‚  1. Time slice (Time Quantum) expires                   β”‚
β”‚  2. Higher priority process arrives                     β”‚
β”‚  3. Process transitions to Ready after I/O completion   β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Timeline (Round Robin example):                        β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”           β”‚
β”‚  β”‚  P1  β”‚  P2  β”‚  P3  β”‚  P1  β”‚  P2  β”‚  P1  β”‚           β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜           β”‚
β”‚  Process switches every time slice                      β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Advantages: Better response time, prevents CPU         β”‚
β”‚              monopolization                             β”‚
β”‚  Disadvantages: Context switch overhead,                β”‚
β”‚                 complex synchronization issues          β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Example Algorithms: RR, SRTF, Priority (preemptive)   β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Comparison

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚      Feature     β”‚  Non-preemptive β”‚     Preemptive      β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ CPU preemption  β”‚ Not possible    β”‚ Possible            β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Response time   β”‚ Can be long     β”‚ Short               β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Context switchesβ”‚ Few             β”‚ Many                β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Implementation  β”‚ Low complexity  β”‚ High complexity     β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Sync issues     β”‚ Few             β”‚ Need race condition β”‚
β”‚                 β”‚                 β”‚ handling            β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Suitable for    β”‚ Batch systems   β”‚ Interactive/RT      β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Scheduling Decision Points

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                CPU Scheduling Decision Points            β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  1. Running β†’ Waiting (I/O request)      [Non-preemptive]β”‚
β”‚     β€’ Process voluntarily releases CPU                  β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  2. Running β†’ Ready (interrupt, timeout) [Preemptive]   β”‚
β”‚     β€’ Time slice expired                                β”‚
β”‚     β€’ Higher priority process arrived                   β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  3. Waiting β†’ Ready (I/O complete)       [Can preempt]  β”‚
β”‚     β€’ Can preempt if completed I/O process has          β”‚
β”‚       higher priority than current                      β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  4. Running β†’ Terminated (exit)          [Non-preemptive]β”‚
β”‚     β€’ Process terminates, need to select next           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Only 1, 4: Non-preemptive scheduling                   β”‚
β”‚  All 1~4: Preemptive scheduling                         β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

5. Types of Schedulers

Three-Level Scheduler Structure

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                     3-Level Scheduler Structure              β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                             β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚                   Job Queue                         β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     All processes on disk                           β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β”‚P1 β”‚ β”‚P2 β”‚ β”‚P3 β”‚ β”‚P4 β”‚ β”‚...β”‚                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜                  β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β”‚                          β”‚                                  β”‚
β”‚                    Long-term Scheduler                      β”‚
β”‚                   (Long-term Scheduler)                     β”‚
β”‚                    β€’ Job admission                          β”‚
β”‚                    β€’ Control degree of multiprogramming     β”‚
β”‚                    β€’ Execution frequency: seconds~minutes   β”‚
β”‚                          β”‚                                  β”‚
β”‚                          β–Ό                                  β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚                   Ready Queue                       β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     Processes in memory waiting to execute          β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”                              β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β”‚P1 β”‚β†’β”‚P2 β”‚β†’β”‚P3 β”‚                              β”‚    β”‚
β”‚  β”‚     β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜                              β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β”‚                 β”‚                        β”‚                  β”‚
β”‚           Short-term            Medium-term                 β”‚
β”‚           Scheduler              Scheduler                  β”‚
β”‚         (Short-term Scheduler) (Medium-term Scheduler)      β”‚
β”‚          β€’ CPU allocation         β€’ Swapping               β”‚
β”‚          β€’ Runs every ms          β€’ Memory management      β”‚
β”‚          β€’ Most frequent          β€’ Adjust multiprogramming β”‚
β”‚                 β”‚                        β”‚                  β”‚
β”‚                 β–Ό                        β–Ό                  β”‚
β”‚            β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”           β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”          β”‚
β”‚            β”‚   CPU   β”‚           β”‚   Suspended   β”‚          β”‚
β”‚            β”‚(Running)β”‚           β”‚    Queue      β”‚          β”‚
β”‚            β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜           β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜          β”‚
β”‚                                                             β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Long-term Scheduler (Job Scheduler)

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚               Long-term Scheduler (Job Scheduler)        β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Role:                                                  β”‚
β”‚  β€’ Disk jobs β†’ Memory (Ready Queue)                    β”‚
β”‚  β€’ Decides which processes to admit to system           β”‚
β”‚  β€’ Controls degree of multiprogramming                  β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Decision Criteria:                                     β”‚
β”‚  β€’ System resource (memory, CPU) status                 β”‚
β”‚  β€’ Appropriate mix of CPU-bound and I/O-bound           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Execution Frequency: Rarely (seconds~minutes)          β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Modern Systems:                                        β”‚
β”‚  β€’ Rarely used in time-sharing systems                  β”‚
β”‚  β€’ All processes go directly to Ready Queue             β”‚
β”‚  β€’ Virtual memory handles memory management             β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Short-term Scheduler (CPU Scheduler)

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚               Short-term Scheduler (CPU Scheduler)       β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Role:                                                  β”‚
β”‚  β€’ Ready Queue β†’ CPU (Running)                         β”‚
β”‚  β€’ Decides which process gets CPU allocation            β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Execution Frequency: Very frequently (milliseconds)    β”‚
β”‚  β†’ Fast algorithm essential                             β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Invocation Points:                                     β”‚
β”‚  β€’ Time slice expiration                                β”‚
β”‚  β€’ Process blocking (I/O request)                       β”‚
β”‚  β€’ Process termination                                  β”‚
β”‚  β€’ Interrupt occurrence                                 β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Algorithms Used:                                       β”‚
β”‚  β€’ FCFS, SJF, Priority, Round Robin, MLFQ, etc.        β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Note: Scheduler itself uses CPU time                   β”‚
β”‚        β†’ Need to minimize scheduler overhead            β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Medium-term Scheduler (Swapper)

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚              Medium-term Scheduler (Swapper)             β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Role:                                                  β”‚
β”‚  β€’ Manage swapping                                      β”‚
β”‚  β€’ Move processes between memory ↔ disk                 β”‚
β”‚  β€’ Dynamically adjust degree of multiprogramming        β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Operation:                                             β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚    Memory (Ready/Blocked)                       β”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”                           β”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β”‚P1 β”‚ β”‚P2 β”‚ β”‚P3 β”‚  ← When memory low,       β”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜       swap out P3         β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β”‚              β”‚ swap out          β–² swap in             β”‚
β”‚              β–Ό                   β”‚                     β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚    Disk (Suspended)                             β”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β”Œβ”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”                                 β”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β”‚P4 β”‚ β”‚P5 β”‚  β†’ Swap in when memory availableβ”‚    β”‚
β”‚  β”‚    β””β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”˜                                 β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Swap Out Criteria:                                     β”‚
β”‚  β€’ Long-waiting processes                               β”‚
β”‚  β€’ Low priority processes                               β”‚
β”‚  β€’ Memory-intensive processes                           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Scheduler Comparison

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚       Feature       β”‚   Long-term    β”‚  Short-term    β”‚  Medium-term   β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Other name         β”‚ Job Scheduler  β”‚ CPU Scheduler  β”‚ Swapper       β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Transition         β”‚ Diskβ†’Memory    β”‚ Readyβ†’Running  β”‚ Memory↔Disk   β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Execution freq     β”‚ Rarely         β”‚ Very often     β”‚ Sometimes     β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Speed requirement  β”‚ Can be slow    β”‚ Must be fast   β”‚ Medium        β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Multiprogramming   β”‚ Control total  β”‚ No effect      β”‚ Dynamic adjustβ”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚ Modern systems     β”‚ Rarely used    β”‚ Core usage     β”‚ Replaced by VMβ”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

6. Dispatcher

What is a Dispatcher?

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                    Dispatcher                            β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Dispatcher = Module that actually gives CPU control    β”‚
β”‚              to the process selected by scheduler       β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Scheduler and Dispatcher Relationship:                 β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”          β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”           β”‚
β”‚  β”‚   Scheduler    β”‚ ─decide─▢│   Dispatcher  β”‚ ─execute─▢│
β”‚  β”‚ "Run P3"      β”‚          β”‚ Perform CPU   β”‚           β”‚
β”‚  β”‚               β”‚          β”‚ allocation    β”‚           β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜          β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Dispatcher Tasks

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                  Dispatcher Tasks                        β”‚
β”œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€
β”‚                                                         β”‚
β”‚  1. Context Switch                                      β”‚
β”‚     β€’ Save current process state to PCB                 β”‚
β”‚     β€’ Restore new process state from PCB                β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  2. Switch to User Mode                                 β”‚
β”‚     β€’ Kernel mode β†’ User mode                           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  3. Restart Program                                     β”‚
β”‚     β€’ Jump to appropriate location in new process       β”‚
β”‚     β€’ Set PC (Program Counter)                          β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Timeline:                                              β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”     β”‚
β”‚  β”‚ P1 execβ”‚  Dispatcher exec  β”‚      P2 exec       β”‚     β”‚
β”‚  β”‚        β”‚(Dispatch latency) β”‚                   β”‚     β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜     β”‚
β”‚           ↑                                             β”‚
β”‚      Dispatch Latency (should be as short as possible)  β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Dispatch Latency

Dispatch Latency = Time from stopping current process
                  to starting new process execution

Components:
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                                                         β”‚
β”‚  1. Interrupt handling time                             β”‚
β”‚  2. Save current process state                          β”‚
β”‚  3. Execute scheduling algorithm                        β”‚
β”‚  4. Restore new process state                           β”‚
β”‚  5. Cache/TLB related costs                             β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Typically: 1~10 microseconds                           β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚  Minimization Methods:                                  β”‚
β”‚  β€’ Efficient scheduling algorithm                       β”‚
β”‚  β€’ Optimized context switch code                        β”‚
β”‚  β€’ Use hardware support                                 β”‚
β”‚                                                         β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

7. Practice Problems

Problem 1: Basic Concepts

Define the following terms.

  1. CPU Burst
  2. Throughput
  3. Turnaround Time
  4. Preemptive Scheduling
Show Answer 1. **CPU Burst**: The time period during which a process continuously uses the CPU. The interval of performing only computation without I/O requests. 2. **Throughput**: The number of processes completed per unit time. An indicator of system efficiency. 3. **Turnaround Time**: Total time from when a process is submitted to the system until it completes. Waiting time + Execution time + I/O time. 4. **Preemptive Scheduling**: A scheduling method where the scheduler can forcibly take away CPU from a running process. Occurs at points such as time slice expiration or higher priority process arrival.

Problem 2: Time Calculation

Calculate the average waiting time and average turnaround time for the following processes. (FCFS scheduling, all processes arrive at time 0)

Process Execution Time
P1 24
P2 3
P3 3
Show Answer **Gantt Chart:**
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”
β”‚          P1            β”‚P2 β”‚P3 β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”΄β”€β”€β”€β”˜
0                       24  27  30
**Waiting Time:** - P1: 0 - P2: 24 - P3: 27 - Average Waiting Time = (0 + 24 + 27) / 3 = 17 **Turnaround Time:** - P1: 24 - 0 = 24 - P2: 27 - 0 = 27 - P3: 30 - 0 = 30 - Average Turnaround Time = (24 + 27 + 30) / 3 = 27

Problem 3: Scheduler Identification

Choose the matching scheduler for each description.

A. Long-term Scheduler B. Short-term Scheduler C. Medium-term Scheduler

  1. ( ) Must execute very frequently, every millisecond.
  2. ( ) Selects an appropriate mix of CPU-bound and I/O-bound processes.
  3. ( ) Swaps processes to disk when memory is low.
  4. ( ) Decides which process gets CPU allocation.
Show Answer 1. (B) Short-term Scheduler - Executes very frequently, needs fast algorithm 2. (A) Long-term Scheduler - Considers process mix for system balance 3. (C) Medium-term Scheduler - Responsible for swapping 4. (B) Short-term Scheduler - Responsible for CPU scheduling

Problem 4: Preemptive vs Non-preemptive

Identify whether each situation is preemptive or non-preemptive.

  1. Process calls exit() and terminates
  2. Time slice expires and switches to another process
  3. Process requests I/O and transitions to waiting state
  4. High priority process arrives in Ready queue and interrupts current process
Show Answer 1. **Non-preemptive** - Process voluntarily terminates 2. **Preemptive** - Scheduler forcibly takes away CPU 3. **Non-preemptive** - Process voluntarily releases CPU 4. **Preemptive** - Scheduler forcibly takes away CPU

Problem 5: Dispatcher

Describe three main tasks performed by the dispatcher, and explain the impact on the system if dispatch latency is long.

Show Answer **Main Dispatcher Tasks:** 1. **Context Switch**: Save current process's state (registers, PC, etc.) to PCB and restore new process's state from PCB 2. **Mode Switch**: Transition from kernel mode to user mode 3. **Jump**: Transfer control to the appropriate location (address pointed to by PC) in new process **Impact of Long Dispatch Latency:** - Decreased CPU utilization (reduced percentage of time used for actual work) - Increased response time (slower reaction to user requests) - Decreased throughput (fewer processes completed per unit time) - Increased system overhead

Next Steps


References

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