Операционные системы
Мультипрограммирование в системе пакетной обработки, разделения времени, реального времени. Мультипроцессорная обработка ЛЕКЦИЯ 6
Мультипрограммирование или многозадачность (multitasking) – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются сразу несколько процессов(задач).
В первых ВС любая программа могла выполняться только после завершения предыдущей. Центральный процессор при этом выполнял программу и осуществлял управление операциями ввода/вывода. Поэтому пока выполнялся обмен данными с внешним устройством, процессор простаивал, дожидаясь завершения операции ввода/вывода. Машинное время в то время стоило очень дорого, поэтому было предложено организовать так называемый мультизадачный режим работы ВС. Суть заключалась в том, что пока один процесс ожидает завершения операции ввода/вывода, другая программа может быть поставлена на выполнение.
Критерии эффективности Мультипрограммирование позволяет повысить эффективность использования ресурсов ВС. При реализации мультизадачности существуют разные критерии эффективности: Ø пропускная способность – количество задач, выполняемых ВС в единицу времени; Ø удобство работы пользователей, заключающееся в их возможности работать в интерактивном режиме сразу с несколькими приложениями; Ø реактивность системы – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском процесса и получением результата
В зависимости от выбранного критерия эффективности ОС делятся на системы пакетной обработки, системы разделения времени и системы реального времени. Некоторые операционные системы могут поддерживать одновременно несколько режимов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени.
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. Системы пакетной обработки были разработаны в середине 1950 -х годов и предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени, что было следствием высокой стоимости машинного времени. (ОС ЕС)
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. Пример ОС пакетной обработки: ОС ЕС (операционная система единой системы электронных вычислительных машин) — наиболее распространённая операционная система для машин ЕС ЭВМ. Первоначально представляла собой доработанный и русифицированный вариант OS/360 и OS/370. Обеспечивала пакетную обработку заданий, для написания которых применялся язык JCL.
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. Для достижения данной цели в системах пакетной обработки вначале формируется пакет заданий, предъявляющих различные требования к системным ресурсам. Далее из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения задачи выбираются так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом.
Диаграммы выполнения процессов А и В в однозадачном режиме (а) и многозадачном режиме (б)
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. Общее время выполнения смеси задач оказывается меньше, чем их суммарное время последовательного выполнения. Однако выполнение отдельной задачи в мультипрограммном режиме может занять больше времени, чем при монопольном выделении процессора этой задаче. Действительно, при совместном использовании процессора в системе могут возникать ситуации, когда задача готова выполняться, но процессор занят выполнением другой задачи.
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. В системах пакетной обработки переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе самой активной задачи. Поэтому существует высокая вероятность того, что одна задача может надолго занять процессор. Кроме того, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в ВС под управлением пакетных ОС невозможно гарантировать выполнение заданий в течение определенного периода времени.
1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. ОС ЕС (операционная система единой системы электронных вычислительных машин) — наиболее распространённая операционная система для машин ЕС ЭВМ. Первоначально представляла собой доработанный и русифицированный вариант OS/360 и OS/370.
2. Мультипрограммирование в системах разделения времени Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.
2. Мультипрограммирование в системах разделения времени Примеры систем с разделением времени (семейства Unix, Linux, Windows, VMS)
2. Мультипрограммирование в системах разделения времени Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе. Кроме того, имеются дополнительные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени. Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами (станок, спутник, научная экспериментальная установка) или технологическими процессами (гальваническая линия, доменный процесс и т. п. ). Критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени. В системах реального времени мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям (исходя из текущего состояния объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ. Способность аппаратуры компьютера и ОС к быстрому ответу зависит в основном от скорости переключения с одной задачи на другую и, в частности, от скорости обработки сигналов прерывания. Если процессор должен опросить сотни потенциальных источников прерывания, то реакция системы будет слишком медленной. Время обработки прерывания в системах реального времени часто определяет требования к классу процессора даже при небольшой его загрузке.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени. При проектировании ОС реального времени не стремятся максимально «загружать» все устройства ВС, а наоборот предусматривают некоторый запас мощности на случай пиковой загрузки, например, срабатывания множества датчиков в критической или аварийной ситуации.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени. Примеры системы реального времени: QNX — POSIX-совместимая операционная система реального времени, предназначенная преимущественно для встраиваемых систем. Считается одной из лучших реализаций концепции микроядерных операционных систем. (POSIX (англ. portable operating system interface — переносимый интерфейс операционных систем) — набор стандартов, описывающих интерфейсы между операционной системой и прикладной программой (системный API), библиотеку языка C и набор приложений и их интерфейсов. Стандарт создан для обеспечения совместимости различных UNIX-подобных операционных систем и переносимости прикладных программ на уровне исходного кода)
3. Мультипрограммирование в системах реального времени.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени. Примеры системы реального времени: RT-11 (RT от англ. Real Time — в режиме реального времени) — однопользовательская операционная система реального времени фирмы DEC для 16 -битных компьютеров серии PDP-11. Впервые была запущена в 1970 году и широко использовалась для систем реального времени, управления процессами и сбора данных.
3. Мультипрограммирование в системах реального времени.
Мультипроцессорная обработка - это способ организации вычислительного процесса в системах с несколькими процессорами. В отличие от организации мультипрограммирования на одном процессоре, мультипроцессорная обработка предполагает действительно одновременное выполнение нескольких процессов. Это приводит к усложнению всех алгоритмов ОС. Симметричная архитектура предполагает однородность всех процессоров и единообразное их включение в общую схему. Традиционно все процессоры при этом разделяют одну память и как следствие находятся в одном корпусе.
Мультипроцессорная обработка При асимметричной архитектуре процессоры могут отличаться своими техническими характеристиками и функциональной ролью. Требование единого корпуса отсутствует. Система может состоять из нескольких корпусов (в каждом может быть один или несколько процессоров). Такие устройства называются кластерами. Для симметричной архитектуры вычислительный процесс может строится симметричным образом (все процессоры равноправны) или асимметричным (процессоры различаются функционально) Для асимметричной архитектуры возможен только асимметричный способ организации.
Скачать презентацию Операционные системы Мультипрограммирование в системе пакетной обработки,
л6 Мультипрограммирование в системе пакетной обработки, разделения времени, реального времени. Мультипроцессорная обработка.ppt