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Sistemas Operacionais
Escalonamento de CPU (Scheduling)

Escalonamento de CPU (Scheduling)

O scheduling (escalonamento) da CPU é a base dos sistemas operacionais multiprogramados. Alternando a CPU entre os processos, o sistema torna o computador mais produtivo.

O Problema do Escalonamento

Se apenas uma CPU está disponível, uma escolha precisa ser feita sobre qual processo será executado. A parte do sistema operacional que faz esta escolha é o Escalonador (Scheduler).

Ciclo de Picos (Bursts)

Os processos não usam a CPU o tempo todo de forma igual. Eles alternam entre:

  1. Pico de CPU: O programa está calculando, processando dados.
  2. Pico de I/O: O programa está esperando o disco, a rede ou o usuário digitar algo.

Objetivo: O SO deve aproveitar quando um processo entra em Pico de I/O (espera) para dar a CPU para outro processo que precisa de Pico de CPU.

Tipos de Escalonamento

1. Sem Preempção (Cooperativo)

Uma vez que a CPU é dada a um processo, ele a mantém até que termine ou faça uma chamada de sistema (como esperar por I/O) voluntariamente.

  • Problema: Se o programa travar num loop infinito, o computador congela.

2. Com Preempção

O SO pode interromper um processo à força (usando um relógio de hardware/interrupção) para dar a vez a outro. É o modelo usado em todos os sistemas modernos (Windows, Linux, macOS, Android).

O Despachante (Dispatcher)

É o módulo que efetivamente realiza a troca:

  1. Salva o contexto do processo atual.
  2. Muda para o modo núcleo.
  3. Salta para o local do novo programa.

Critérios de Desempenho

Como saber se um algoritmo de escalonamento é bom?

  • Utilização da CPU: Manter a CPU ocupada o máximo possível (ideal: 40% a 90%).
  • Throughput: Quantos processos são concluídos por hora/segundo.
  • Turnaround: Tempo total desde que você abriu o programa até ele terminar.
  • Tempo de Espera: Quanto tempo o processo ficou parado na fila de “Prontos”.

Algoritmos de Scheduling

1. FCFS (First-Come, First-Served)

O primeiro que chega é o primeiro a ser atendido. É como uma fila de banco.

  • Vantagem: Simples de implementar.
  • Desvantagem: Efeito Comboio (se um processo pesado chegar primeiro, todos os leves atrás dele ficam travados esperando).

2. SJF (Shortest Job First)

O algoritmo olha para a fila e escolhe o processo que tem o menor próximo pico de CPU.

  • Vantagem: Garante o menor tempo médio de espera.
  • Desvantagem: Impossível saber o futuro com precisão (como saber quanto tempo o processo vai demorar?). Pode causar Starvation (processos longos nunca rodam).

3. Por Prioridade

Cada processo recebe um número de prioridade. A CPU vai para o de maior importância.

  • Prioridade Estática: Definida pelo administrador.
  • Prioridade Dinâmica: O SO aumenta a prioridade de quem espera muito.

4. Round-Robin (Circular)

É o algoritmo clássico de sistemas de tempo compartilhado.

  • Cada processo recebe uma fatia de tempo (Quantum), geralmente 10-100ms.
  • Se o processo não terminar nesse tempo, ele sofre preempção e vai para o final da fila.
  • Isso garante que o sistema pareça interativo e responsivo.
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