Лекция "Способы управления процессом в режиме мультипрограммирования"

Способы управления процессом в режиме мультипрограммирования Мультипрограммирование в системах пакетной обработки Рациональный режим функционирования в системах пакетной обработки достигается  благодаря использованию следующей схемы функционирования: в начале работы  формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам;  из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, т.е. множество  одновременно выполняемых задач. Достигнуть описанного выше совмещения можно  несколькими способами. Один из них характерен для компьютеров, имеющих  специализированный процессор ввода­вывода. В компьютерах класса мэйнфреймов такие  процессоры называют каналами. Как правило, канал имеет систему команд,  отличающуюся от системы команд центрального процессора. Эти команды специально  предназначены для управления внешними устройствами. Канальные программы могут  храниться в той же оперативной памяти, что и программы центрального процессора. Существует и другой способ совмещения вычислений с операциями ввода­вывода. Он  реализован в компьютерах, управление внешними устройствами в которых осуществляется так называемыми контроллерами. Каждое внешнее устройство имеет свой собственный  контроллер, который автономно отрабатывает команды, поступающие от центрального  процессора. При этом контроллер и центральный процессор работают асинхронно. Многие  внешние устройства включают электромеханические узлы, вследствие чего контроллер  выполняет свои команды управления устройствами существенно медленнее, чем  центральный процессор свои. Контроллер может сообщить центральному процессору о  том, что он готов принять следующую команду, с помощью специального сигнала, либо  центральный процессор узнает об этом, периодически опрашивая состояние контроллера. Таким образом, для достижения максимальной эффективности решения задач  операционной системой необходимо обеспечить наиболее возможное совмещение  вычислений и ввода­вывода. Параллелизм в рамках одной задачи невозможен также, когда  для продолжения вычислений необходимо полное завершение операции ввода­вывода,  например, когда дальнейшие вычисления зависят от вводимых данных. В таких случаях  неизбежны простои центрального процессора или канала. Мультипрограммирование в системах разделения времени В том случае, когда критерием эффективности работы системы является удобство работы  пользователя, то применяется другой способ мультипрограммирования ­ разделения  времени. В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю)  предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями.  Для этого каждое приложение должно регулярно получать возможность "общения" с  пользователем. В системах разделения времени эта проблема решается за счет того, что ОС  принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они  добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно выделяется квант  процессорного времени, вследствие чего пользователи, запустившие программы на  выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог. В системах разделения  времени исправлен основной недостаток пакетной обработки ­ изолированность  пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю в этом случае  предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Одной из основных причин, по которой системы разделения времени обладают меньшей  пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, является то, что на  выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая  "выгодна" ОС. Кроме того, производительность системы снижается из­за возросших  накладных расходов вычислительной мощности на более частое переключение процессора  с задачи на задачу.Мультипрограммирование в системах реального времени Еще одна разновидность мультипрограммирования используется в системах реального  времени, предназначенных для управления с помощью компьютера различными  техническими объектами или технологическими процессами. Во всех этих случаях  существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та  или иная управляющая объектом программа. В противном случае может произойти авария. Таким образом, критерием эффективности здесь является время реакции системы.  Требования ко времени реакции зависят от специфики управляемого процесса. В системах реального времени не стремятся максимально загружать все устройства,  наоборот, при проектировании программного управляющего комплекса обычно  закладывается некоторый "запас" вычислительной мощности на случай пиковой нагрузки.  Если система реального времени не спроектирована для поддержки пиковой нагрузки, то  может случиться так, что система не справится с работой именно тогда, когда она нужна в  наибольшей степени