24550

Что такое мультипрограммирование (многозадачность). Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Что такое мультипрограммирование многозадачность Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки разделения времени реального времени. При реализации мультизадачности существуют разные критерии эффективности: пропускная способность – количество задач выполняемых ВС в единицу времени; удобство работы пользователей заключающееся в их возможности работать в интерактивном режиме сразу с несколькими приложениями; реактивность системы – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском...

Русский

2013-08-09

54.02 KB

44 чел.

Вопрос 13. Что такое мультипрограммирование (многозадачность)? Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени.

§4.1.1 Мультипрограммирование.

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.

Мультипрограммирование позволяет повысить эффективность использования ресурсов ВС. При реализации мультизадачности существуют разные критерии эффективности:

- пропускная способность – количество задач, выполняемых ВС в единицу времени;

- удобство работы пользователей, заключающееся в их возможности работать в интерактивном режиме сразу с несколькими приложениями;

- 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.

§4.1.2.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.

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.

При выполнении пакета заданий пока одна задача ожидает какого-либо события (завершения ввода-вывода, разблокирования файла, загрузки с диска недостающей страницы программы и т.п.), процессор не простаивает, как это происходит при последовательном выполнении программ, а выполняет другую задачу (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Диаграммы выполнения процессов А и В

в однозадачном режиме (а) и многозадачном режиме (б)

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.

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.

§4.1.3.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.

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.

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.

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.

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42751. Изучение и исследование термоэлектрического метода измерения температур 99.5 KB
  При этом студенты овладевают методикой поверки автоматического потенциометра КСП4 в комплекте с образцовым потенциометром УПИП–60М градуировки шкалы. магазин сопротивлений R4 R10 и клеммы для подключения образцового потенциометра УПИП–60М. Поверка автоматического потенциометра КСП4. Для поверки градуировки шкалы автоматического потенциометра КСП4 собирают схему по рисунку.
42752. Потери напора по длине в круглой трубе 273 KB
  Цель работы – экспериментальная иллюстрация формулы ДарсиВейсбаха определяющей связь потерь механической энергии потока жидкости по длине трубы с параметрами трубы и течения: 1 где hдл – потери напора на трение подлине м; L – длина опытного участка трубы м; d – диаметр тубы м; V – средняя скорость потока м с; – скоростной напор в живом сечении трубы м; λ – гидравлический коэффициент трения коэффициент Дарси. м3 с м3 с 1 65 000003 78 0000092 82 000037 0000492 2 62 0000029 80 0000095 0000124 3 16...
42753. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки 71 KB
  Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки. Цель: Ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Произвести испытание асинхронного двигателя под нагрузкой научиться снимать её рабочие характеристики. Ход работы: Теоретический материал: А Асинхронный двигатель – это двигатель переменного тока у которого Б Относительное отставание скорости ротора от поля статора называется В Вращающий момент асинхронного двигателя зависит от Г Почему клемму напряжения...
42754. Исследование работы двигателя постоянного тока последовательного возбуждения 59 KB
  Исследование работы двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Цель: Изучить устройство двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. а почему не допускается включение двигателя последовательного возбуждения с нагрузкой менее 25 от номинального б что представляет собой рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения в какие способы регулирования частоты применяют для двигателя последовательного возбуждения г чем объясняется свойства двигателя последовательного возбуждения д в чем отличие...
42755. Форматирование абзацев и всего документа 626.5 KB
  Страницы как правило имеют одинаковые размеры. Редактор автоматически разбивает текст на страницы в зависимости от их размеров. Если размеры страницы меняются а это можно делать то автоматически меняются длины и количество строк на странице а также количество страниц. К характеристикам страницы которые могут быть заданы и изменены относятся собственно размеры страницы и поля указывающие расстояние от края листа до границ текста .
42758. Построение циклов с инструкциями „while” и „repeat” 162.5 KB
  Инструкция whiledo Особенность этой инструкции состоит в том что условие проверяется перед входом в тело цикла поэтому цикл while называют еще циклом с предусловием.1 – Синтаксис инструкции whiledo В этом описании условие продолжения это выражение логического типа определяющее условие при котором выполняются инструкции тела цикла . В целом инструкция while выполняется следующим образом: Вычисляется значение выражения условие продолжения . Если значение выражения условие равно flse то есть условие не выполняется выполнение...
42759. Динамический режим средств измерений 88 KB
  Ход работы: Спецификация используемых СИ: Наименование СИ Диапазон измерений Характеристики СИ классы точности Рабочий диапазон частот Параметры входа выхода Милливольтметр GVT417B 300 мкВ 100В 12 пределов Приведённая погрешность 3 20 Гц 200 кГц RBх=1 МОм СBх=50 пФ Вольтметр универсальный цифровой GDH8135 На постоянном токе 200 мВ 2 В 20 В 200 В 1200 В Пределы макс. 40 Гц 1 кГц RBx ≥ 10 МОм Осцилогр. 5 мВ дел 3 3 0 20 мГц Rвх = 1 МОм Определение динамической погрешности: β = 03 f0 = 04 кГц Кр = 1 мс дел Uut 178 178...